MCP6004: Cuádruple Op-Amp Rail-to-Rail Bajo Consumo - Datasheet y Aplicaciones

El MCP6004 (Microchip) es un amplificador operacional cuádruple CMOS de 14 pines, rail-to-rail entrada/salida (RRIO), 1 MHz GBWP, 100 µA/canal, rango 1.8–6.0 V. Diseñado para batería, portátiles, médica, instrumentación, filtrado activo y acondicionamiento sensores donde el bajo consumo y voltaje único son críticos.

Pinout (DIP-14 / SOIC-14 / TSSOP-14)

Características Eléctricas Clave (T_a = 25 °C, V_DD = 5.0 V)

Familia MCP600x (Variantes)

Circuitos de Aplicación Típicos

1. Amplificador Instrumentación con Buffer Entrada Unidad (3 Op-Amps)

Usa 3 de los 4 amplificadores: 2 buffers entrada (ganancia 1, Zin alta, CMRR alta) + 1 amplificador diferencial ganancia variable. Ideal para puente Wheatstone (célula carga, presión, temperatura RTD).

// Ganancia diferencial: G = 1 + (2×R1/Rgain)
// R1 = R2 = R3 = R4 = 10k (precisión 0.1% para CMRR)
// Rgain = 1k → G = 21; 100Ω → G = 201
// Buffer entradas: evita carga puente, Zin > 1 GΩ
// CMRR limitado por matching R (0.1% → ∼66 dB). Usa red resistiva integrada (LT5400) para >100 dB.

2. Filtro Activo Pasa-Bajos 2º Orden (Sallen-Key)

MCP6004: I_B bajo (1 pA) → permite R grandes (100k–1M) y C pequeñas (nF), reduciendo ruido térmico y tamaño. GBWP 1 MHz → f_c máx ∼10–20 kHz para Q=1 (regla: GBWP > 100×f_c para Q≈1).

// Diseño Sallen-Key unidad (G=1): f_c = 1 / (2π√(R1R2C1C2))
// Para f_c = 1 kHz, Q = 0.707 (Butterworth):
// C1 = C2 = 10 nF (NP0/C0G)
// R1 = R2 = 1 / (2π × 1k × 10n) ≈ 15.9 kΩ → 15.8 kΩ (1%)
// Verifica: GBWP (1 MHz) >> 100 × f_c (100 kHz) ✓
// Ruido: en = 29 nV/√Hz → integrado ∼1.5 µVrms (20 Hz–f_c)

3. Detector de Pico (Peak Detector) con Switches CMOS

RRIO + I_B ultra-bajo (1 pA) + Zin alta → ideal para retener pico en condensador sin descarga significativa. Switches CMOS (ej. 74HC4066, DG419) para reset/muestreo controlado por µC.

// C_hold = 100 nF (polipropileno/NP0 bajo absorción dieléctrica)
// R_charge = 1 kΩ (limita corriente pico)
// Switch S1 (Sample): cierra para cargar C_hold al pico
// Switch S2 (Hold): abre para retener (I_B=1pA → droop < 1 µV/s)
// Switch S3 (Clear): descarga C_hold a GND para reset
// Buffer salida (4º Op-Amp MCP6004) → ADC µC (Zin alta, no carga C_hold)

Aplicaciones Principales

• Preamplificadores audio portátiles (auriculares, micrófonos electret, piezo).
• Filtros activos instrumentación, médica, audio (ecualizadores, crossover).
• Acondicionamiento sensores: puente Wheatstone, termoacopla (con chopper MCP6008), pH, conductividad, gas.
• Dispositivos batería: wearables, IoT, medidores portátiles, data loggers.
• Automotive audio: preamp, ecualizador, active noise cancellation (ANC).
• Fuentes conmutadas: error amp, current sense (lado alto con RRIO), soft-start.
• Interfaces ADC/DAC: buffer, nivelado, antialiasing, reconstrucción.

Consideraciones de Layout PCB

• Desacoplo: 100 nF X7R/NP0 por VDD (pin 4) + 10 µF tantalio/cerámico cerca del IC.
• Guard rings (anillos guardia) alrededor entradas sensibles (pico, instrumentación) conectados a potencial entrada.
• Rutas entradas diferenciales paralelas, misma longitud, ground plane sólido debajo.
• Salidas: evita capacitancia parásita >50 pF (inestabilidad). Resistor serie 50–100 Ω si cable largo / carga capacitiva.
• Térmica: SOIC/TSSOP disipan por pads VDD/VSS. Vías térmicas bajo pads de potencia si >50 mW/canal.

Conclusión

El MCP6004 es el "caballo de batalla" RRIO de 1 MHz / 100 µA para diseños single-supply 1.8–5.5 V. Su I_B picoamperimétrico permite impedancias de entrada extremas (GΩ), clave en sensores, detectores de pico y filtros con R grandes. Para precisión sub-mV, usa MCP6008 (chopper). Para >10 MHz, MCP609. Siempre simula (SPICE modelo Microchip) y verifica estabilidad con C_L real.

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