單片式運算放大器自上個世紀 60 年代起就大量面市了，不過這種廣泛使用的器件在性能方面仍在穩步改進。LTC6090 高精度單片式運算放大器向前邁進了一大步，其將電源電壓擴展至 ±70V，而并未犧牲高精度運算放大器期待擁有的特性。LTC6090 采用小型 8 引腳 SO 封裝和 16 引腳 TSSOP 封裝。這兩種封裝均具有用于降低熱阻的裸露襯墊，從而免除了增設散熱器的需要。一個至低電壓控制線的簡易型接口和內置的熱安全特性可簡化高電壓模擬設計任務。
高電壓和高性能
人們對于運算放大器的期望是其具備低輸入偏置電流、低失調和低噪聲。LTC6090 也不例外。該器件采用了一種 MOS 輸入級設計，輸入偏置電流通常為 3pA (在 25°C) 和 < 100 pA (在 85°C)。這使其非常適合于高阻抗應用，例如圖 1 所示的光電二極管放大器。低輸入失調電壓小于 1.6mV，噪聲為 11nV/√Hz (在 10kHz)。輸入共模范圍至任一電源軌的 3V 或一個 134V 的范圍 (橫跨一個 140V 電源)。
圖 1：擴展動態范圍 1M 跨阻抗光電二極管放大器
在輸出側，高精度運算放大器期望在驅動負載時保持精準度。LTC6090 在這方面同樣不令人失望。具穩定單位增益的輸出驅動能力包括一個 10MHz GBW 乘積、高轉換速率和額定在 ±10mA 的軌至軌輸出級 (其能驅動高達 200pF 的容性負載)。圖 2 所示的實例是一個 140VP-P 10kHz 正弦波。由圖 3 可見，輸出擺幅在負載電流增加的情況下得到了很好的保持。而且，100VP-P 時的輸出電壓保真度一直擴展到 8kHz，如圖 4 所示。
圖 2：LTC6090 輸出電壓 140VP-P 10kHz 正弦波
圖 3：LTC6090 輸出電壓擺幅與負載電流的關系曲線
圖 4：LTC6090 總諧波失真 + 噪聲之和與頻率的關系曲線
高阻抗應用需要低漏電電路
LTC6090 的低輸入偏置電流使其成為那些需要非常高電壓之高阻抗應用的絕佳選擇。如圖 5 所示，輸入偏置電流與溫度之間存在對數關系，溫度每升高 10°C 輸入偏置電流將倍增一次。此外，輸入保護器件位于一個隔離袋內，當輸入引腳上的電壓增加 (相對于 V–) 時，隔離袋中的漏電流增大。在圖 5 中，輸入引腳被保持于中間電源電壓。
圖 5：LTC6090 輸入偏置電流與結溫的關系曲線
為了保持低輸入偏置電流，在 PCB 布局時必須謹慎從事�？梢钥紤]采用特殊的低漏電電路板材料。在關鍵型應用中，應考慮使用保護環。帶裸露襯墊的 TSSOP 封裝具有保護環引腳，可用于保護輸入引腳免遭漏電流的損壞。圖 6 示出了反相放大器的 PCB 布局示例。請注意，必須穿過保護環拉回焊料掩模以裸露 PCB 金屬。PCB 必須整潔干燥，這一點是很重要。應考慮采用某種溶劑對其進行清潔，并用自來水清洗任何的殘留物，然后對電路板進行烘烤以除去所有的水分。另外我們還發現：用肥皂和自來水 (不帶溶劑) 徹底洗滌電路板可產生很好的效果。
圖 6：PCB 保護環布局示例
將低電壓控制線連接至一個高電壓運算放大器
LTC6090 上的低電壓控制線最低可連接至負電源軌，最高則可連接至比正電源軌低 5V 的電壓。COM 引腳充當一個與低電壓控制線相連的公共接口，并可連接至低電壓系統地或浮置。輸出停用 (OD) 和過熱 (TFLAG) 引腳現參考于低電壓系統地。如圖 7 所示，利用二極管和電阻器對 COM、OD、TFLAG 引腳提供保護。倘若被浮置時，則由 OD 引腳的內部上拉電阻器把 COM 引腳拉至高于中間電源至 21V (當電源為 ±70V 時)。
圖 7：專為在芯片結溫達到 145°C 時自動停用輸出級而配置的低電壓接口
熱保護：采用 /OD 和 /TFLAG
在 140V 的總電源電壓和 2.7mA 的典型靜態電流條件下，LTC6090 的功耗為 378mW。添加一個負載，功耗就會超過 1W，因而使得優良的熱設計成為需要優先考慮的問題之一。兩種封裝 (SO 和 TSSOP) 在底部都具有一個裸露襯墊，該裸露襯墊在內部連接至負電源軌 V–，而且必須連接至負電源平面。在實際條件允許的情況下將盡可能多的 PCB 金屬連接至裸露襯墊，封裝的熱阻與焊接至裸露襯墊的金屬量成比例。在最好的情況下，SO 封裝的熱阻ΘJA 為 33°C/W。當產生 1W 功耗時，芯片的結溫升至比環境溫度高 33°C。
一種專為避免 LTC6090 超過 150°C 結溫而設計的重要功能可在結溫變得過高時關斷輸出級。這是通過把過熱引腳連接至輸出停用引腳來完成的。過熱引腳 (即 TFLAG 引腳) 是一個漏極開路引腳，當芯片結溫達到 145°C 時它將被拉至低電平。當結溫達到 140°C 時，5°C 的內置遲滯將釋放 /TFLAG 引腳。輸出停用引腳 (即 OD 引腳) 是一個低態有效引腳，其在被拉至低電平 (相對于 COM 引腳) 時將關斷輸出級，并把器件的靜態電流減低至 670μA。當這兩個引腳連接在一起時，LTC6090 將在芯片結溫達到 145°C 時停用。請注意，這些引腳既可以浮置也可以連接在一起。
一種附加的熱安全特性可在芯片結溫達到約 175°C 時關斷輸出級。7°C 的遲滯可在芯片溫度回落至大約 168°C 時啟用輸出級，如圖 8 所示。請注意，圖 8 示出了結溫。該特性旨在避免器件遭受災難性的熱故障。在高于其 150°C 的絕對最大結溫下運作 LTC6090 會降低其可靠性，應對這種做法加以阻止。
圖 8：LTC6090 熱停機遲滯曲線圖
結論
LTC6090 具有低電壓高精度放大器的高性能規格指標，但可在采用 ±70V 電源時工作，故而適合高電壓應用。這些特點包括適用于高精度前端的高增益、低輸入偏置電流、低失調和低噪聲。一個軌至軌輸出級能夠驅動一個 200pF 的負載電容器和 ±10mA 的負載電流，因而使得這款器件適合于精準的高電壓應用，比如高阻抗放大器。用于停用輸出的簡易連接型控制線和熱停機功能實現起來很簡單。小型 8 引腳 SO 封裝和 16 引腳 TSSOP 封裝均具有旨在降低熱阻的裸露襯墊，從而免除了增設一個散熱器的需要。 |
