问题：

能否让低压放大器自举来获得高压缓冲器？

回答：

您可以采用具有出色输入特性的运算放大器，并进一步提高其性能，使其电压范围、增益精度、压摆率和失真性能均优于原来的运算放大器。

我曾设计过一个精密电压表的输入，需要一个亚皮安输入单位增益放大器/缓冲器，其低频噪声小于1μV p-p，失调电压低至大约100μV，非线性误差小于1 ppm。它还需要在音频和60 Hz频率下具有非常低的交流失真，以便利用不断增强的ADC分辨率。这足够雄心勃勃，但它同时需要使用±50 V电源缓冲±40 V信号。缓冲器输入连接到高阻抗分压器，或直接连接到外部信号。因此，它还必须能够承受静电放电和过压输入的冲击。

可用的亚皮安偏置电流运算放大器并不多。可堪使用的器件常常被称为静电计级放大器，偏置电流低至数十飞安。遗憾的是，这些静电计放大器的低频电压噪声（0.1Hz到10Hz）为几微伏（峰峰值）。此外，其输入失调电压和失调温度系数一般也不符合要求。其共模抑制比(CMRR)和开环增益不够好，难以支持1 ppm线性度。最后，没有一款静电计能够承受高电源电压。

LTC6240系列提供0.25 pA偏置电流（典型值）和0.55μV p-p低频噪声。这对于输入缓冲器来说已经足够好了，但该器件仅支持最高12 V的电源。我们将不得不在放大器周围添加电路以使其适应更高的电压。

设计方法

图1显示了自举放大器的原理示意图。

图1.基本自举电源电路拓扑

LTC6240由Vp（通过增益为+1的缓冲放大器保持输出加5 V的值）和Vm（由另一个缓冲器驱动而保持输出减5 V的值）供电。

由于电源总是跟随输入信号（由LTC6240的输出缓冲），因此理想情况下根本没有共模输入误差。即使是平庸的CMRR也通过自举提升至少30 dB。该30 dB值是由Vp和Vm缓冲器的有限增益精度导致的。

LTC6240的开环增益也得到类似的提升。当内部增益节点和电源轨之间存在晶体管输出阻抗时，放大器电路会发生增益受限的情况。由于电源被自举到输出，所以很少有信号电流流过上述阻抗，而且开环增益的增加量与CMRR的提升量相似。但是，输出负载仍可能会限制开环增益。

也许不那么明显，但电路整体压摆率也被自举提高。通常，它受限于LTC6240内部静态电流和以电源为基准的补偿电容。当电源追随输入和输出时，很少有动态电流流入这些电容，放大器不会进入有限压摆率状态。缓冲放大器最终会限制整体压摆率。

高压电源Vhvp和Vhvm可能有干扰，但缓冲器输出会在很大程度上抑制干扰，LTC6240的电源抑制比(PSRR)将大大增强。

所以，这很棒；通过自举电源，缓冲器在多个方面得到改善。可能会出现什么问题？图1所示电路几乎肯定会振荡。考虑电源引脚行为的最佳方法是将其视为反馈环路的一部分：输出引脚电压乘以缓冲放大器频率响应，然后将乘以1/PSRR，加到输入端，最后乘以开环增益成为输出，如此循环往复。图2a显示了PSRR随频率的变化。

我们在PSRR曲线中没有获得相位数据，但假设它具有+90°相位。是的，这个+90°就像一个差异化因素。如图2b所示，从低频到100 kHz，开环增益具有-90°相位，之后该负值变得越来越大。缓冲器将具有有限频率响应，并且也将表现出相位滞后。将环路中的所有相位滞后相加可确保在一些频率下的反馈相位为0°或360°的倍数。如果在这些相位的电源环路增益大于1，振荡就会发生。PSRR幅度下降到4 dB的低点（衰减 = -4 dB → 增益 = 0.63，非dB），看起来环路可能永远不会有足够的增益来发生振荡。这很可能是错误的，因为PSRR同时适用于Vp和Vs，其PSRR增益相加会使幅度超过1。此外，缓冲器可能会有一定的峰化，之后其增益在高频发生滚降，从而将整体反馈幅度推高至1以上。我们还将看到，缓冲器必须驱动稍大的电容，并且会具有更多的相位滞后。无论如何，LTspice®中的电路仿真表明会发生大信号振荡（LTC6240的频率响应和非线性体现在宏模型中）。