LOG114：一款单电源供电、高速且高精度的对数放大器
概述
LOG114是一款专为单电源供电设计的高速、高精度对数放大器。该器件能够对输入电流或电压与参考电流或电压之间的比率进行对数计算。LOG114EVM（如图1所示）则是一款即插即用的评估平台，用户可在不同配置下快速测试LOG114的性能表现。本文档旨在提供LOG114EVM的整体介绍，并说明使用该评估模块时需要注意的关键特性和功能。
图1. LOG114EVM
快速入门
LOG114EVM在出厂前已针对大范围输入电流进行了测试，用户只需连接电源即可使用。该模块附带一份《快速入门用户指南》，供用户参考。使用LOG114EVM需要准备5V电源、输入源（例如光电二极管或电阻）以及数字电压表或示波器。
德州仪器相关技术资料
有关TI集成电路及其对LOG114EVM的支持文档，可查阅公司官网。本用户指南可通过文档编号SBOU110下载，编号后缀中的字母代表发布时的最新版本。
LOG114EVM简介
LOG114EVM已完全装配完毕，并可在单5V电源下稳定运行。该评估模块的设计允许在10纳安至10毫安的输入电流范围内工作，输出电压可调节在1.15V至2.75V之间。LOG114EVM的电路由三个主要部分组成：精密电平移位器、信号路径电路以及大电流线性校正模块。以下部分将分别介绍各部分的功能。
电平移位电路
为了在单电源模式下运行LOG114，需要一个高精度的电平移位电路。LOG114EVM采用2V偏置电压，该电压由LOG114内部的2.5V参考电压分压获得。电阻R9与R10构成分压网络，并由OPA365缓冲放大，从而生成稳定的2V偏置电压，不受电源波动或输入信号影响。C2用于旁路OPA365的电源噪声。图2展示了该电平移位电路。
图2. LOG114EVM电平移位电路
信号路径
LOG114提供两个输入端：I1和I2。通常，I1用于连接输入信号（例如来自光电二极管），而I2则为固定参考电流。参考电流由LOG114内部的2.5V参考电压与外部电平移位器共同提供，其值由公式1给出。
输入电流必须流入LOG114的I1端，对于非光学应用，也可通过电阻产生。LOG114的每个输入端均需有电流流入，以确保器件正常工作。
放大器A3的输出VLOGOUT与I1、I2以及偏置电压之间的关系由公式2描述。随后，VLOGOUT信号通过R7和R8进行衰减，为后续的线性校正模块做准备。信号路径电路如图3所示。
图3. LOG114EVM信号路径
大电流线性校正
LOG114适用于宽动态范围的电流处理，从低至100皮安的精密输入到高达10毫安的大电流应用。然而，当输入电流超过约1毫安时，LOG114内部的反馈晶体管由于低值RS电阻的存在，可能导致对数函数曲线产生偏差。修正后的VLOGOUT表达式如公式3所示。
大电流线性校正电路（见图4）通过R2、R3、R4和放大器A5生成一个与I1成比例的误差信号。电阻R1用于调整信号电平，使A5的输出能够有效地从误差电压VOUT中减去误差信号，从而补偿偏差。
图4. 大电流线性校正电路
图5展示了LOG114EVM的完整电路布局。
图5. LOG114EVM完整电路
LOG114EVM的连接方法
LOG114的运行只需简单连接：5V电源、输入信号源（如光电二极管或电阻）以及测量工具（如数字电压表或示波器）。
静电放电注意事项
LOG114EVM上包含多个易受静电放电（ESD）损坏的敏感元件。建议用户在拆封和操作时遵循标准的ESD防护措施，如佩戴接地腕带。
基本连接步骤
LOG114EVM的电源及地线已清晰标示在电路板上。图6展示了如何正确连接电源。
图6. 5V电源连接
光电二极管的使用
光电二极管的阳极可经焊盘或插座连接至LOG114。如需启用大电流线性校正模块，请参考图7进行连接。
图7. 使用大电流线性校正模块的光电二极管连接方式
图8显示了一种绕过线性校正模块的连接方式，此时光电二极管不施加偏压。
图8. 未使用线性校正模块的光电二极管连接方式
如图9所示，可在光电二极管两端施加0.5V反向偏压。该配置下线性校正模块将被旁路。
图9. 光电二极管的反向偏压连接方式
通过电阻生成输入电流
使用电阻替代光电二极管生成输入电流也是一种常见方式。如图10所示，在VREF和I1之间放置一个1MΩ的电阻，此时I1的电流由公式4给出。
图10. 电阻生成输入电流的连接方式
当I1=500nA=IREF时，VLOGOUT电压等于2V，VOUT则为1.5V。该电路虽便于生成输入信号，但未启用线性校正模块。如需使用该模块，还需增加电源，并按照图11进行配置。
图11. 使用电阻和线性校正模块的连接方式
当改变输入电压或电阻时，输入电流I1将发生变化（I1=VIN/R），进而影响VLOGOUT电压。电压变化由公式5描述。在输入电流小于1毫安时，公式可简化为公式2。
VLOG电压由公式6给出，VERR由公式7给出，VOUT由公式8给出。
LOG114EVM的使用方法
在LOG114EVM接通电源并接入信号后，用户可快速通过可访问的测试点评估电路性能。只需将测量仪器连接至任意测试点即可记录结果。图12提供了LOG114EVM组件的参考图。
图12. LOG114EVM组件图
结果验证
在LOG114EVM上进行测量操作简便快捷。将数字电压表或示波器连接至目标测试点并记录数据即可。图13中展示了两条测试曲线：补偿曲线（红色）使用图11的连接方式并启用线性校正模块；未补偿曲线（蓝色）则采用图10的连接方式。
图13. LOG114EVM测量结果
表1列出了在不同输入电压下测得的典型数据。
表1. LOG114EVM典型测试结果
LOG114EVM技术文档
本节提供了LOG114EVM的完整物料清单及PCB布局图。
注意：PCB布局图并非按比例绘制，仅供布局参考，不具备制造用途。
电路原理图
图14展示了LOG114EVM的完整电路原理图。
图14. LOG114EVM电路原理图
PCB布局
图15至图17分别展示了LOG114EVM的顶层综合视图、顶层铜层与底铜层。
图15. LOG114EVM：顶层综合图
图16. LOG114EVM：顶层铜层
图17. LOG114EVM：底铜层