1、LT1167 1 / 14 单电阻增益可编程精密仪器放大器特征 单增益设置电阻： G=1 10,000 增益误差： G=10， 0.08% 最大 增益非线性 度 ： G = 10, 10ppm Max 输入失调电压： G = 10, 60mV Max 输入失调电压漂移： 0.3V/ Max 输入偏置电流： 350pA Max G=1 时 电源电压抑制比 : 105dB Min G=1 时共模抑制比： 90dB Min 电源电流： 1.3mA Max 大电源范围： 2.3V - 18V 1KHz 电压噪声 ： 0.1Hz10Hz 噪声： 0.28mVP-P 8 脚塑料双列直插式封装 与外部两个
2、5K 电阻 联合 测试符合 IEC 1000-4-2 Level 4 ESD 应用 桥式放大器 应变式放大器 热电偶放大器 微分 -单端转换器 医疗仪器 简介 LT1167 是一个低功耗、精密仪器放大器，只需要用一个电阻来调节放大增益 110000。 1KHz 时的低电压噪声 7.5nV/ Hz，不受低功耗影响（ 0.9mA 典型值 2.3V 15V 电源 ） 。 LT1167 有 10ppm 的最大非线性度和0.08（ G = 10）的最大增益误差 ， 即使是用 2K（以前的单片仪表放大器采用 10K 的非线性规格）的低负载电阻 其高精确度 也不会降低。 LT1167 经激光修调具有非常低的
3、输入失调电压 （ 40V max）、漂移（ 0.3V /C）、高共模抑制比 (90dB, G = 1)和电源电压抑制比 (105dB, G = 1)。 350pA 的最大低输入偏置电流是通过使用 super beta 处理获得的。 在任何增益配置下 输出可以处理高达 1000pF的容性负载，而输入 ESD 保护高达 13kV（人体）。 与两个外部 5K 电阻相连的 LT1167 通过了 IEC1000-4-2 四 级规范。 LT1167 提供 8 引脚 PDIP 和 SO 封装， 比离散多运算放大器和电阻器设计所需电路板面积显着减少 。这些优势使得 LT1167 的应用 成为 最具成本效益的
4、精密仪器放大器解决方案。 LT1167 2 / 14 绝对最大额定参数 （注 1） 电源电压 20 V 差动输入电压 (在电源电压范围内 ) . . 40 V 输入电压 (等于电源电压 ) 20 V 输入电流 （注 3). 20mA 输出短路持续时间 无限 工作温度范围 - 40 C到 85 C (规定的温度范围 ) LT1167AC/LT1167C(注 4) 0 C到 70 C LT1167AI/LT1167I - 40 C 到 85 C 储存温度范围 -65 C 到 150 C 铅温 (焊接 ,10 秒 ). 300 C 封装信息 LT1167 3 / 14 LT1167 4 / 14 L
5、T1167 5 / 14 典型性能 特征分析 增益非线性， G=1 增益非线性， G=10 增益非线性， G=100 增益非线性， G=1000 增益非线性与温度关系 增益误差与温度关系 输入失调电压分布， TA = 40C 输入失调电压分布， TA =25 输入失调电压分布， TA =85 输出失调电压 分布 ， TA = 40C 输出失调电压 分布 ， TA =25 输出失调电压分布， TA =85 LT1167 6 / 14 典型性能 特征分析 输入失调电压漂移分布 输出失调电压漂移分布 温漂 输入偏置电流 输入失调电流 输入偏置和失调电流与温度 关系 输入偏置电流与共模输入电压 共模抑
6、制比与频率关系 负电源抑制比与频率关系 正电源抑制比与频率关系 增益与频率关系 电源电压与电源电流 LT1167 7 / 14 典型性能 特征分析 电压噪音密度与频率关系 0.110Hz 噪声电压 G=1 0.1-10Hz 噪声电压 RTI G=1000 电流噪声密度与频率 0.1-10Hz 电流噪声 短路电流与时间关系 超调量与容性负载关系 大信号瞬态响应 小信号 瞬态响应 输出阻抗和频率关系 大信号瞬态响应 小信号瞬态响应 LT1167 8 / 14 典型性能 特征分析 不失真输出摆幅与频率 大信号瞬态响应 小信号瞬态响应 稳定时间与增益关系 大信号瞬态响应 小信号瞬态响应 稳定时间与步长
7、关系 转换速率与温度关系 输出电压摆幅与负载电流 LT1167 9 / 14 操作原理 LT1167 是一个三运放仪表放大器的修改版本。 激光微调和 整体构造 允许 LT1167电路参数 在指定的温度范围内 紧紧地匹配和跟踪 。根据 原理框图 (图 1)了解以下电路描述。 Q1 和 Q2 处的 集电极电流被 调 整 使 偏移 电压 漂移 最小 ,从而保证 LT1167 处于最佳工作状态。 R1 和 R2 被调整为绝对 24.7 k，确保在 只有一个外部 电阻 RG的情况下增益设定 的 准确 (0.05%， G = 100)。 RG与 R1（ R2）并联 决定了这个前级放大器的电导。 随着 RG
8、逐渐减小获得 更大的程控 增益，前置输入放大器的电导 逐渐增加到 Q1 和 Q2 晶体管的电导。 当程控增益增加时也 增加了开环增益 ，同时降低了与误差和噪音相关的输入干扰增益。增益大于 50 的输入电压噪声只是由Q1 和 Q2 决定的。在较低增益 条件下差分放大器和前置放大器增益设定电阻的噪声增加了噪声。增益带宽积是由 C1、 C2 和 随着程控增益增加而增加的前置放大器跨导决定的。因此，带宽不会随着增益成比例的减少。 输入晶体管 Q1 和 Q2 极好的匹配， 这是由 NPN 双极晶体管， 以及 由于 superbeta processing 产生的 PA 级 输入偏置电流 所决定的 。 Q
9、1 和 Q2 的集电极电流由于通过Q1-A1-R1 和 Q2-A2-R2 循环 的反馈系统而保持不变，同时反过来 通过外部增益设定电阻RG增强差分输入电压。 因为电流流过 RG也流过 R1、 R2，比值提供了一个放大了的差动电压，即 G = (R1 + R2)/ RG， 电压送给了 单位增益差 动 放大 器 A3 。 共模电压被 A3 在 REF引 脚形成一个单端 输出 电压 。最终增益为： VOUT VREF = G (VIN+ VIN ) 增益 : G = (49.4k /RG) + 1 解得 增益设定电阻值： RG = 49.4k /(G 1) 输入输出偏移电压 LT1167 有的 电压
10、偏移量 有 两部分 组成 :输出偏移 量和输入偏移 量。 与输入（ RTI）相关的总偏移电压量是输出偏移量与程控增益 G 的比，再加上输入偏移量。 在较高增益时输入偏移电压起决定作用，而当在较低增益时输出偏移电压占支配地位。 总输入偏移电压（ RTI） = input offset + (output offset/G) 总输出偏移电压（ RTO） =(input offset/G) + output offset 参考终端 参考终端 是一个 一端有 四个 10 k 电阻LT1167 10 / 14 的差分 放大器。 LT1167 的 输出电压 (引 脚 6)被 参考终端 引用 (引 脚 5)
11、。 为了得到最好的共模抑制比， 与 引 脚 REF 串联的电阻 必须减到最小。 例如 ， REF 端接 一个 2 欧姆电阻，不但 能增加 0.02%的 增益误差 ， 而且将共模抑制比降 到 80 分贝。 单电源供电方式 对于单电源供电方式 ， 如果仪器放大器工作在指定范围内且输入至少比接地电势高 2.5V，则 引 脚 REF 和负电源（ 引 脚 4）有相同的电势 ，作为放大器的输出。 数据表头上的应用标记数据 是一个 满足这些条件 例子。 电桥 传感器 到接地之间的 电阻 Rb 决定着电桥的工作电流，也起到 提高 输入 共模电压的效果。 LT1167 的输出 一直在 规 定的范围内，因为 气压
12、 升高很少不足以导致输出升高（ 30.0 英寸 Hg 相当于 3.000V）。 因为应用程序需要不大于 REF 电势的变化的输出， 所以 REF 的电压可以 一级一级的改变 。 因为寄生串联电阻会降低共模抑制比，要 用一个运算放大器来缓冲 REF 的电压 。 该数据表的后面 应用 ， 四个 数字 压力传感器， 就是一个例子。 输出偏移修整 LT1167 是经激光修整了 低偏移电压，因此大部分应用不需要额外的偏移修整。如果需要调整偏移量， 电路图 2 就是一个可供选择的偏移量调整电路。 运算放大缓冲 器 提供给 REF 一个低阻抗 ，以保持最佳的共模抑制比（ CMRR） 和最低的增益误差。 输入
13、偏置电流回路 LT1167 的 低输入偏置电流 (350 pA)和高输入阻抗 (200 兆瓦 )允许 使用高阻源 ，而不引入额外偏移电压误差 ,即使 是需要 满 共模 范围。 但是， 当一个纯粹的微分信号被放大时， 必须 为 输入的偏置电流提供一个电路。没有这条电路输入信号就会走其他路径，超出 LT1167 的输入共模范围，导致一个饱和输入级。 图 3 显示 了输入偏置电流路径的 三个例子。 第一个例子是一个纯微分信号源和一个 10k 的输入电流支路接地。因为 信号源的阻抗很低，所以只需一个电阻。而对于高阻抗的输入信号源就需要两个相匹配的电阻，就像第二个例子所示。 平衡输入阻抗 提高了共模抑制
14、和直流偏置量。如果是从变压器线圈引出的接头就不需要输入电阻了，如第三个例子。 LT1167 11 / 14 LT1167 是一个低功率精密仪表放大器 ，只需要一个外部电阻来精确的设定 1 到1000 之间的任意增益值。 在任何增益设定值 输出 能处理高达 1000 pF 的容性负载，输入信号能抵抗 13kV 的静电。 输入保护 LT1167 可以安全 地 承受达 20mA 的 过载 输入电流。 添加一个外部 5 k 电阻与每个输入串联， 允许 100 V 的直流输入故障电压 ， 并且提高静电防护至 8 kV (接触 )和15KV( 空气放电 ) ， 这 是 国 际 电 工 协 会(IEC)10
15、00-4-2 四级的规格。 如果需要一个低值输入电阻，则在正极和各输入之间用 一个钳 位 二 极 管 使 其 符 合 国 际 电 工 协 会 (IEC)1000-4-2 四级的接触和非接触 的 放电规格 。 2N4393 型 闸 /源 是 一个很好的低漏二极管 ，与 1K 电阻一起使用，见图 4。输入电阻应该是碳棒而不是金属膜电阻或者碳膜电阻。 RFI 减小 在许多工业和数据采集应用中，仪表放大器 用来准确的放大 高 共模电压和高噪声水平情况下的小信号。典型的是，这些小信号 源（近似微伏和毫伏）是那些距离信号处理电路较远的传感器。尽管这些传感器通过屏蔽或非屏蔽的 双绞电缆连接，但电缆可以和天线
16、一样，直接给 LT1167 输入级传送特高频干扰信号。 干扰信号的振幅和频率 通过在放大器的输入偏移电压 级 产生不需要的直流转换 ，而对仪器放大器输入级有副作用。这个效应称 为射频干扰 （ RFI） 整流， 是在与外在干扰耦合 （感性，容性或通过辐射） 时产生的 ，通过仪器放大器的输入晶体管来整流。这些晶体管就像高频信号探测器， 同样地二极管在早期的无线电设计中被用作射频检波器。不管干扰的类型和在电路中的耦合方式， 外在 的错误信号通常与仪器放大器的输入端有关。 为了降低这种仪器放大器输入偏置电压的外在信号效应，可以在输入端加低通滤波器。这个滤波器必须 非常靠近电路的输入引 脚。一个有效的滤
17、波器结构如图 5 所示，三个电容连接在了 LT1167 的输入端。电容CXCM1、 CXCM2与 追踪输入端的外在信号 的 额外 电阻 RS1, 2 串联 形成 低通滤波器 。电容CXD 形成一个滤波器，来减小通过输入端而产生的 不需要的信号。增加 CXD 的好处是电路的交流共模抑制性能 ， 不会因为共模电容 失调而降低。与电容有关的差模、共模时间常数为： t DM(LPF)= (2)(RS)( CXD ) t CM(LPF)= (RS1, 2)( CXCM1,2) 设定时间常数需要知道频率或者干扰的频率 。一旦知道了这个频率 ， 共模时间常数 就 可以根据差模时间常数来设定。 为了避免可能的
18、非故意情况影响信号处理，将共模时间常数设定为比差模时间常数高一个数量级。为了避免可能的差模共模转换， 配置共模时间常数为 1%或者更高。如果传感器是电阻式温度检测器或者电阻式应变计，且比较靠近仪器放大器 ，那么串联电阻 RS1, 2可以省略 。 LT1167 12 / 14 “自 己动手” 离 散与集成LT1167 的误差分析比较 LT1167 比自己动手用三个运放设计的放大器 表现性能要优越。 典型的应用 如图 6，一个桥式转换器差分输出的放大与缓冲。放大器设定增益 100， 在工业范围内放大微分、20 毫伏的全输出电压。 制作一个相对有挑战性的低成本的 LT1167 就相当于用最精密的 A
19、级四运算放大器 LT1114A制作的离散型仪器放大器。 LT1167C 由于离散放大器， 拥较低的 VOS、较低的 IB 相似的 VOS 漂移。误差 分析比较表 1显示了各种误差量 该 如何计算和各种误差是怎样影响总误差量的。表格表明 离散式 解决方案和 LT1167 的最大不同是输 入偏移电压和共模抑制比。应注意的是离散式的噪声电压指标乘以 2， 是两个不相关的输入放大器噪声的均方根和。 每个放大器误差都与 20 毫伏的全桥差动电压有关。电 桥的共模范围是 5V。 LT1114 数据表提供了与误差量分析表相匹配的运算放大器 的偏置电压 、 偏置电压漂移和偏置电流规格。即使是用像 LT1114
20、 这样最佳匹配的运算放大器，离散型解决方法的总误差也比 LT1167要明显的高。 LT1167 还有更多的优点，包括低成本和体积小等。 LT1167 13 / 14 电流 源 图 7 显示了一个简单、准确、低功率的可调电流源。引脚 2、 3 的电压差通过 RG反映出来。这个电压被放大流过 R X，决定了输出电流 大小 。 从引脚 5 流过的 50A 的偏置电流经过 LT1464 结型场效应管运算放大器缓冲。起到提高 电流源分辨率至 3pA 的作用，这是 LT1464A 的最大 IB 值。用一个可调电阻替换 RG能最大限度的提高有效输出电流值。 神经冲动放大器 LT1167 的低电流噪声使其成为
21、 高源阻抗肌电图监测 器的最理想选择， 证明了LT1167 放大低信号的能力，图 8 电路就采用了放大器的高增益和低噪声操作。这个 电路放大接收自引脚 2、 3 传来的病人低神经冲动信号。 RG和 R3 、 R4 的组合并联，设定增益为 10。 LT1112 引脚 1 的电势作为共模信号的接地。用来保持病人接地的稳定性。LT1167 的高共模抑制比保证需要的信号被放大，而不需要的共模信号衰减。因为信号的直流部分不是很重要， 因此用 R6 和 C2组成 0.3Hz 的高通滤波器。 LT1112 引脚 5 的交流信号 被放大 101（ R7/R8+1）倍。低通滤波器的 C3 和 R7 并联 ， 在
22、频率高于 1KHz 时减小了增益。在 0.9mA 供应电流时 ， 能在3V 运作的能力让 LT1167 成为理想的电池驱动的应用。这种应用的总供应电流为 1.7mA。适当的保护措施，像绝缘，必须要加到电路中，以避 免病人受到可能的伤害。 低 IB 有利于高阻抗电桥 ， 降低损耗 LT1167 14 / 14 LT1167 的低供应电流、低电源电压和低输入偏置电流使其最适合电池驱动的应用。较 低 的 总功率损耗迫使它使用高阻抗电桥。单 电源 压力测量器应用（图 9） 所示 ， LT1167与 3.5k 电桥的差分输出相连。 电桥的阻抗几乎比在误差分配表中电桥的要高一个数量级。微微安 培级 的输入偏置电流使由偏移电流引起的误差可以忽略不计。 LT1112 水平的转变 的 LT1167 参考 引脚 和 模拟数字转换器 的模拟地面 引脚。 LT1167 和 LT1112 的总功耗也比电桥的要少。这个电路的总供给电流 只有 2.8mA。
