ADI公司双极性四通道运算放大器OP4177及其应用

OP4177是ADI公司工业标准OP07系列运放的第四代产品，是新推出的一款具有低输入偏置电流、低输出失调电压、低温漂、低噪声、高精度的高性能四通道运算放大器，这些性能使其在微弱信号的放大和滤波等许多电路上具有广泛的应用。OP4177可采用±2.5～ ±15V双电源供电，±2.5V的低供电电压使其由电池供电即可正常稳定的工作，也就为其应用于便携式仪器提供了便利条件。然而，OP4177为双极性运放，在便携式仪器中需要两套电池系统供电，这样就增加了系统的复杂性、成本和不稳定因素。基于以上问题，笔者利用开关电容变换电压转换器MAX1681设计了一个简单的电压转换电路。在由原来电池得到的正极性电压的基础上，通过开关电容转换器实现DC/DC变换，得到负极性电压，仅用一个芯片就实现了由一套电池输出正负双极性电压的目的。
OP4177概述

OP4177具有低输入偏置电流，最大仅为2nA；具有低输出失调电压，最大仅为60μV；还具有很低的噪声，一般为8nA/√Hz。它在高精度、低噪声的基础上完美的融合了低输入偏置电流和低输出失调电压技术，即使在高达125℃的恶劣环境下，仍具有相当稳定可靠的性能。ADI独有的加工技术和线性设计工艺，使得OP4177在集成到很小的14-Lead TSSOP封装的同时，仍然具有OP07和OP77等无法比拟的低带宽噪声、宽的输入输出动态范围和无相位倒置等诸多优点。内部输入过压保护使得芯片工作更加稳定可靠。OP4177的引脚配置如图1所示，它与绝大多数的四通道运放引脚配置相同，具有很好的兼容性。

OP4177的应用及电源解决方案

OP4177用于高精度滤波器

OP4177以其体积小、功耗小、工作电压小、供电电流小等诸多优点可以应用于许多由电池供电的便携式仪器仪表中。尤其是很低的偏置电压和很高的共模抑制比使得OP4177在诸如KRC等高精度滤波器中有着良好的应用。例如，在图2中，利用OP4177这种优良性能搭建的带通滤波电路具有独立协调增益与截止频率的能力。因为在KRC滤波电路中，进入放大器的共模电压随着输入信号变化，这就需要一个高的共模抑制比来减小失真。而且，当电路增益需要截止在很高频率时，OP4177极小的偏置电压使得电路具有很宽的动态范围。


然而要将上述高精度滤波电路等用在便携式仪器中，必须要解决电源供电的问题。由于便携式仪器中电源不能够由市电经过变压稳压得到，电池供电是主要的供电方法。由于电池供电的供电电压和电流都不大，所以在电池供电的系统中器件的工作电压和电流都要非常低。OP4177工作电压最低可达到 ±2.5V，在30V供电时每通道的电源供电电流仅为500μA，所以可以很好的应用在电池供电的便携式仪器中。

OP4177在具有很多优于单极性运放的性能特点，但是复杂的双电源供电也是双极性运放必须解决的问题。在供电系统中就至少需要两套电池，这不仅增加了系统的复杂性，不利于系统稳定运作，也为系统的维护带来了麻烦。基于此，利用OP4177仅需要极低电源供电电流的特性，结合开关电容电压转换器MAX1681，笔者设计了一种简单的基于OP4177的双极性电源解决方案。

MAX1681概述

MAX1681是MAXIM公司推出的一款输出电流达125mA的可变频电容变换电压转换器。它可以利用电容将3～5.5V的电压变为-5.5～-3V，并在实现正到负电压变化的同时可提供高达125mA的电流，具有较大的电流驱动能力。MAX1681实现电荷泵功能的电容可以使用仅为1μF的瓷片电容，其引脚配置如图3所示，具体的引脚描述参见表1。


硬件电路设计

根据OP4177的工作需要，笔者设计了图4所示电路，用简单经济的元器件解决了OP4177的双极性供电问题。

图4中由J1接入的电池电压经过低压降稳压块MAX603稳压后，输入到MAX1681电压输入端，MAX1681实现电压极性变换后由输出端得到负电压。其中，电容C1和C2为10μF，用于稳压时滤除干扰，电容C5是实现电荷泵功能的1μF瓷片电容，发光二极管VD2指示稳压块7805工作正常与否，二极管VD1和电阻R1对发光管起限流保护作用。FSEL接地，将MAX1681选择为1MHz的工作频率。LV与SHDN接地确保MAX1681正常工作。这样仅用4节1.5V的电池串连即可从低压降稳压块MAX603的输出端得到OP4177工作所需的正电源电压，从MAX1681的输出端得到OP4177工作所需的负电源电压。由于OP4177工作时所需要的电源供给电流非常小，所以由MAX1681提供的125mA电流可以支持很多的OP4177正常工作。这样，就可以由OP4177组成放大电路、滤波电路、锁相检测电路等诸多有用的微弱信号测控运算电路。