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采用 LT6015 / LT6016 / LT6017 的運(yùn)放精準(zhǔn)型正壓和負(fù)壓限幅器

時(shí)間：2016-10-08 11:08 來(lái)源：凌力爾特公司

使一個(gè)模擬信號(hào)的電壓范圍與一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的輸入范圍相匹配會(huì)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。超過(guò) ADC 的輸入范圍將給出一個(gè)錯(cuò)誤的讀數(shù)，而且如果輸入超出電源軌的幅度足夠大，則基底電流有可能流入 ADC，從而會(huì)引起鎖斷、或者甚至損壞器件的情況。然而，把輸入電壓范圍限制在較低、更保守的電平則將浪費(fèi) ADC 的動(dòng)態(tài)范圍和分辨率。

圖 1: LT6015 精準(zhǔn)型正壓和負(fù)壓限幅器

圖 1 所示的簡(jiǎn)單運(yùn)放限幅器可防止發(fā)生這些問(wèn)題。可允許的最大輸入電壓被施加在 U1 的同相輸入端，而輸出則通過(guò)小信號(hào)二極管 D1 反饋至反相輸入端。ADC 的基準(zhǔn)電壓可用于限幅基準(zhǔn) (如果它是可用的話)。當(dāng)輸入電壓低于基準(zhǔn)時(shí)，U1 的輸出被驅(qū)動(dòng)至正電源軌，而且 D1 被施加反向偏置，因此輸入信號(hào)不被改變地通過(guò)。當(dāng)輸入變至高于箝位電壓時(shí)，運(yùn)放輸出反向并通過(guò) D1 閉合環(huán)路，因而實(shí)際上變成了一個(gè)至箝位電壓的單位增益跟隨器。輸入電阻器 R1 限制了運(yùn)放輸出必須吸收的電流量。第二個(gè)運(yùn)放 U2 負(fù)責(zé)執(zhí)行互補(bǔ)的負(fù)壓限幅功能，可防止信號(hào)變至低于地電位。于是，在該例中輸出信號(hào)被限制為 4.096V 至 0V 輸出。

雖然概念說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，但是該電路對(duì)運(yùn)放提出了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。首先，大多數(shù)新式運(yùn)放在輸入兩端跨接了背對(duì)背二極管，以避免給輸入施加大的差分電壓 (這會(huì)導(dǎo)致器件受損或在輸入失調(diào)電壓中產(chǎn)生移位)。在該電路中，這些二極管將防止輸出信號(hào)變至低于正箝位電壓達(dá)一個(gè)二極管壓降以上，或高于負(fù)箝位電壓的幅度超過(guò)一個(gè)二極管壓降。判定某個(gè)給定的運(yùn)放是否具有這些二極管可能需要做一些檢測(cè)工作。有些器件的產(chǎn)品手冊(cè)說(shuō)明布設(shè)了輸入二極管，但是其他的器件產(chǎn)品手冊(cè)則沒(méi)有這么做。設(shè)有二極管的另一種指示是在“絕對(duì)最大額定值”部分中把輸入電流限制為幾 mA。

此外，運(yùn)放的輸出還必須盡可能快地從“未箝位”狀態(tài)轉(zhuǎn)換至“箝位”狀態(tài)，旨在對(duì)快速上升的信號(hào)進(jìn)行箝位，并不會(huì)發(fā)生具有潛在危險(xiǎn)的過(guò)沖。而且，還期望實(shí)現(xiàn)運(yùn)放的軌至軌輸入和輸出操作，這樣它就能在電壓接近電源限值的情況下運(yùn)行。

LT6015 運(yùn)放系列 (包括 LT6016 雙通道和 LT6017 四通道版本) 解決了這些問(wèn)題。在輸入端上沒(méi)有二極管，因此允許它們具有 ±80V 的差分電壓，這不應(yīng)對(duì)任何實(shí)際的 ADC 應(yīng)用強(qiáng)加某種限制。而且，輸入電壓可變至高于 –V 軌達(dá) 80V 或低于 –V 軌達(dá) 25V，這使得器件能夠安然承受將損壞其他同類器件的輸入。

由于允許一個(gè)高達(dá) 60V 的 V+ 至 –V 電源范圍 (與大多數(shù)運(yùn)放相比，這將容許使用該電路對(duì)更高的電壓實(shí)施箝位)，因此 LT6015 的獨(dú)特性更進(jìn)一步。另外，該器件還擁有 0.75V/µs 的轉(zhuǎn)換速率，這使其能對(duì)相當(dāng)快的上升信號(hào)進(jìn)行箝位。低于 100µV 的典型失調(diào)電壓可確保箝位電平非常準(zhǔn)確。

圖 2: LT6015 正壓和負(fù)壓箝位動(dòng)作

圖 2 示出了采用 ±10V 電源驅(qū)動(dòng)的 LT6015 把一個(gè) 7Vpk-pk、1kHz 正弦波箝位在 0V 和 4V。很難看清楚箝位動(dòng)作，但是如果在輸出上采取放大顯示，就會(huì)看到圖 3 中一個(gè)小的過(guò)沖。

圖 3: LT6015 在箝位時(shí)的小過(guò)沖

在圖 4 中，把輸入頻率增加至 30kHz 清楚地顯示：箝位動(dòng)作不到 10µs 便完成，從而把電路的工作帶寬限制在幾 kHz。另外，也可通過(guò)把電壓電源軌限制在接近箝位限制電壓 (這降低了輸出必須轉(zhuǎn)換以進(jìn)入箝位模式的電壓范圍) 來(lái)提高箝位速度。由于 LT6015 的輸出擺動(dòng)至非�？拷娫窜墸虼怂璧念~外電壓范圍極小。

圖 4: LT6015 箝位速度

對(duì)于該電路的另一個(gè)限制是輸出電阻由 R1 規(guī)定，它必需為幾百Ω 以限制運(yùn)放輸出中的電流輸出。有些 ADC 需要由一個(gè)低電阻進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因此也許要求采用緩沖放大器 U3。LT6017 四通道封裝將允許由單個(gè)器件來(lái)完成所有這些功能。

LT6015 采用 5 引腳 SOT 封裝。LT6016 雙通道運(yùn)放可提供 8 引腳 MSOP 封裝。LT6017 則采用 22 引腳無(wú)引線 DFN 封裝。

軟件

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