LT1167：单电阻增益可编程精密仪表放大器详解
LT1167是一款集高性能与灵活性于一体的精密仪表放大器，采用单电阻增益编程方式。其设计目标是满足在高精度信号放大中的各种需求，广泛应用于传感器信号调理、数据采集系统、医疗设备及工业自动化等领域。与传统仪表放大器相比，LT1167具备更高的共模抑制比（CMRR）、更低的噪声水平以及更宽的温度工作范围，能够在恶劣环境下保持稳定可靠的性能。
在实际应用中，LT1167仅需一个外部电阻器便可实现1至1000的增益配置，简化了设计流程并提升了灵活性。无论增益如何设置，其输出均可驱动高达1000pF的容性负载，同时具备输入保护功能，能够承受高达13kV（人体模型）的静电放电（ESD）冲击。
输入保护机制
LT1167在遭遇过载时可承受高达±20mA的输入输出电流。为增强输入保护能力，可在每个输入端串联一个外部5kΩ电阻，从而将直流输入故障电压承受范围提升至±100V，并将IEC 1000-4-2标准下的接触放电ESD抗扰度提高至8kV，空气放电抗扰度达15kV。
若需要使用更小阻值的输入电阻，可在每个输入端与正电源之间接入箝位二极管，以保持IEC 1000-4-2标准在接触与空气放电方面的4级合规性。2N4393漏极-源极到栅极结构是一种低漏电流二极管，适用于该场景，并建议使用碳膜电阻而非金属膜或碳膜电阻作为输入电阻。
减少RFI干扰
在工业与数据采集应用中，仪表放大器常用于在高共模电压或噪声背景中放大小信号。这类信号通常来自远距离传感器，并通过屏蔽或非屏蔽双绞线传输。由于电缆可能充当高频干扰的天线，这些信号容易耦合到LT1167的输入端。
干扰的幅度和频率可能导致输入偏移电压出现异常，这一现象被称为RFI校正。当带外干扰通过电感、电容或辐射耦合至输入晶体管时，晶体管将该高频信号整流，从而引入误差。无论干扰类型或耦合方式如何，这些误差信号都会叠加至仪表放大器的输入端。
为减少此类干扰的影响，可在输入端集成简单的低通滤波器。该滤波器应尽可能靠近输入引脚。图2所示为一种典型配置，其中CXCM1与CXCM2电容与外部电阻RS1、RS2组成低通滤波器，用于抑制带外信号；CXD电容则用于减少输入线路上的干扰。采用CXD的另一个优势在于，可防止共模电容不平衡对共模抑制能力产生负面影响。
差模与共模时间常数的设置应根据干扰频率进行调整。通常，共模时间常数应比差模时间常数大一个数量级以避免影响目标信号。若传感器为RTD或应变计，并且距离仪表放大器较近，可省去串联电阻RS1、RS2。
离散与单片误差预算分析
LT1167在性能上优于常见的三运放分立设计。图3展示了其用于放大并缓冲桥式传感器差分信号的典型应用，增益设为100，可将20mV满量程信号放大至工业标准范围。为了验证其性能，将LT1167与采用高精度运算放大器LT1114A的分立方案进行对比。
测试结果表明，LT1167在输入偏移电压、输入偏移漂移以及输入偏置电流等方面均优于分立设计。误差预算表中详细列出了各项误差的来源及其对总误差的影响，结果显示，即使使用匹配良好的LT1114A运算放大器，分立方案的总误差仍高于LT1167。
此外，LT1167在尺寸、成本及集成度方面也具备显著优势。
可编程电流源设计
图4展示了一款低功耗、高精度的可编程电流源。差分电压通过RG电阻进行镜像，该电压被放大后施加于RX，从而确定输出电流。50µA偏置电流由LT1464 JFET运放缓冲，可将电流源的分辨力提升至3pA。若将RG替换为可编程电阻，则可扩展输出电流范围。
神经脉冲放大器
LT1167的低电流噪声特性使其成为肌电信号检测的理想选择。图5中展示的电路利用了其高增益与低噪声特性，用于放大来自患者体表的低电平神经脉冲信号。
该电路通过RG与R3、R4的并联组合设置增益为10。LT1112引脚1的电势用于固定共模信号，C1则用于维持患者参考点的稳定。R6与C2构成0.3Hz高通滤波器，以去除信号中的直流分量。LT1112引脚5处的交流信号则由R7与R8设置增益为101，并通过C3与R7并联组成低通滤波器，以抑制1kHz以上频率信号。
LT1167在±3V供电下仅消耗0.9mA电流，适用于电池供电系统。整个电路的总电流消耗为1.7mA。为确保安全性，该应用中应加入必要的保护电路，如电气隔离。
低输入偏置电流与高阻抗电桥优化
LT1167的低偏置电流、低功耗及低压操作特性使其适用于电池供电系统。图6中的单电源压力监测应用展示了LT1167与3.5kΩ电桥的连接。该电桥阻抗比误差预算中使用的标准电桥高出一个数量级，而LT1167的皮安级输入偏置电流将偏移电流引起的误差降至可忽略水平。
LT1112用于将LT1167的参考引脚与ADC的模拟地移至地面电平。尽管引入了两个芯片，LT1167与LT1112的总功耗仍低于电桥本身。整个电路的总供电电流仅为2.8mA。