电子设计说明15电荷泵

在单单元上运行运算放大器

2019年4月5日
很少有运算放大器将以0.9 V,排出碱性电池的电压工作。以下是其中一些例外。

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单反二极管下降为0.6 V.因此,您可以看到制作OFF的运算放大器0.9 V的工作可能非常困难。然而,在寒冷的温度下,单反二极管下降可以获得高达1.2V的更糟糕的是。有些部件在1.2V下工作,温和地排出的碱性电池电池的电压。

沿着这条线LMV951不仅在0.9 V时工作,如果应用该电压,它甚至会开始工作(图。1).德州仪器的应用工程师Paul Grohe警告我说:“竞争性部件确实存在问题。他们说它将会运行下来0.9 V,但它的启动电压为1.1V。”

1. LMV951放大器使用内部电荷泵提高芯片内的电源电压。(由德州仪器提供)

这意味着如果电池放电超过1.1 V,但在那里,如果您申请低电压,电路将无法正常工作。LMV951还在寒冷的温度下工作。Grohe告诉我,“LMV951供应和输出摆幅图表在0.9 V时看起来强,我不知道寒冷的任何问题。”

寒冷的麻烦

在低温下,要经常注意放大器的问题。不仅所有的内部二极管降电压增加,gM.晶体管的数量增加,使电路更容易出现振荡或振铃。Maxim综合服务提供MAX4289.,一个1-V op放大器。致公司的信用,电源电压与温度最小的图表(图2)已经包括了。在80°C时,该部件将在0.9 V时工作。然而,在-40°C下,部分需要1.15 V工作。

2.MAX4289运算放大器在室温下工作在1v,但最小工作电压与温度成正比。(由Maxim Integrated提供)

Dioo DIO2081will work at 1.2 V—it might even keep working as your battery cell discharges to 0.9 V—but it probably won’t reliably start up at 0.9 V. To Dioo’s credit, the part is rated to −40°C, which is where the higher diode drops start to be a real problem. Since the DIO208x series is ultra-low power, its bandwidth is only 14 kHz. In any event, if you can use it at 1.2 V, be sure to test over the temperature range your design will experience, and make sure the circuits not only work at low voltage, but that they start up at that low voltage.

聪明的输入阶段

另一部分低压部分是半自动MC33502(图3).它可以在1v电压下工作,并且在1v电压下具有3到6 MHz的增益带宽。该部分以类似的方式实现轨道到轨道的输入操作LMC6482由Don Archer设计1992年在国家半导体。MC33502使用单对NMOS耗尽模式装置,而不是使用内部电荷泵以在更高的电压下操作输入级来操作输入级以操作输入级。设备的身体偏置是指输入级将在整个电源共模范围内工作。

3.MC33502放大器有一个聪明的输入级,工作在非常低的电压。(由ON Semiconductor公司提供)

这个输入阶段的一个缺点是,当输入扫过过渡区域时,偏置电压将发生变化。数据表指出,“当使用MC33502的供电电压小于1.2 V时,输入偏置电压可能会略有增加,因为输入信号在正向供电轨的约50毫伏范围内摆动。”LMV951有一个内部电荷泵。高仪说:“除了手术0.9 V,这就是我们所说的“零交叉”设备。因为只有一个输入级,所以没有跨共模的偏移跃迁区域。类似的零交叉设备是OPA365、OPA369和OPA388。”

着名的应用笔记

模拟大师Jim Williams做到了应用注1985年关于一个由单个电池运行的电路。这可能会在你的搜索中出现,就像在我的搜索中一样。问题是,他认为是1.2 V。碱性电池在这种电压下还有相当大的能量。更糟糕的是,1.2 V是排出NiMH细胞的电压大部分生命。将0.9V视为放电的电池电压是更保守的。

Jim Williams'应用笔记讨论了线性技术LT1017.比较器。它保证能降到1.15 V。双LT1018将工作到1.2 V。威廉姆斯的一个电路使用比较器作为电荷泵(图4).有可能将LMV951适配到同一类型的电路中,使电荷泵在更高的电压下运行其他芯片。

4.来自Jim Williams的应用笔记15的此电路使用两个低压比较器(C1A,C1B)来扩展其余电路的电压轨。(由模拟设备提供)

你也可以尝试制作一个Royer振荡器使用离散晶体管。你可以用它来提高电池电压而不是电荷泵。你必须在低温下测试电路。另一个调查的方法是离子植入的FET它在输入电压为零时开启。你可以用这些部件来设计一个罗耶振荡器,使其工作在非常低的电压下。

Jim Williams App Note利用了非凡的LM10.OP AMP和参考由Bob Widlar于1977年重新设计。这部分将在1.2 v工作,这是一个显着的成就,德拉尔的原因被认为是模拟天才。如果温度足够高,部分将在1 V以下工作(图5).更有用的布置是电池泵,使电池电压加倍,因此您在竞争放电时有1.8 V以运行电路。

5. Bob Widlar的LM10将在125°C下工作为1 V。(由德州仪器提供)

提升电压会产生低效率,衡量可以通过将电池单元恢复到完全放电来恢复多少能量的权衡。还有可能使用能量收集来增加现有电池电压。

有一个非凡的线性技术部分可从模拟设备 - 该部分提供LTC3107..它可以从低至0.2 V的电压中提取能量。不幸的是,它至少需要2v来偏置内部电路。尽管如此,我认为没有理由不能通过释放碱性电池(或许是可充电镍氢电池)来延长锂离子硬币电池的寿命。在任何情况下,您都应该知道像LTC3107这样的部件可以从非常低的电压中提取能量。

在超低电压如极端设计时,请记住数据表是表中的合同,但应用程序图表和写入只是一个指导。一定要在所有温度和一系列不同部分样本中测试电路。您可能必须选择和测试部件以确保它们在这些极端低电压下工作。您可以自己做到这一点,或者您可以支付测试服务以为您选择零件。如果您的音量要求足够大,有些制造商可能会对您进行测试。

相同的零件号,不同的芯片

也要认识到德州仪器公司的LM10与模拟设备公司的LM10是不同的。它们都将满足表规格,但如果您在推荐的范围之外操作它们,请确保它们都能工作;您可能必须指定某个供应商。这让采购代理抓狂,但你必须告诉他们,来自不同公司的相同零件编号的零件不是相同的模具,而且零件会有一些细微的特性,在订购之前,工程工程师必须验证这些特性。

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