精確放大器應(yīng)用的匹配電阻網(wǎng)絡(luò)

導(dǎo)言

一些理想的操作放大器配置假設(shè)反饋電阻顯示完美匹配。實際上,電阻的非意識形態(tài)會影響各種電路參數(shù),如共模排斥比、諧波失真和穩(wěn)定性。例如,如圖1所示,一個單端放大器被配置為平移地面參考信號到2.5V的通用模式需要一個良好的CMRR。這個2.5V級轉(zhuǎn)換器的輸出偏移量為50mv,假設(shè)有34dbCMRS,沒有輸入信號,它甚至可以壓倒LSB,抵消12位ADCS和驅(qū)動程序的誤差。

圖1單端操作放大器用作電平轉(zhuǎn)換器

對于一個操作放大器,34db是一個不理想的CMRS。然而,一個1%公差電阻的反饋網(wǎng)絡(luò)可以將CMRR限制到34db,而不管OP放大器的性能如何。高度匹配的電阻器,如LT能提供的電阻器,可用0.01%、0.025%和0.05%的匹配,確保設(shè)計者能夠接近或滿足放大器數(shù)據(jù)表規(guī)格。本設(shè)計說明比較了LT5400厚膜,0402,1%公差表面貼裝電阻器。對于LTC6362OP放大器周圍的反饋,這些電阻考慮了CMRR、諧波失真和穩(wěn)定性,如圖2所示。

圖2完全差動操作放大器配置為V 在外面 /V 在…中 = 0.2

普通模式排斥比

為了在常見模式噪聲的存在下獲得精確的測量結(jié)果,高的CMRR是很重要的。輸入CM經(jīng)常被定義為差增益的比率(V 外(差) /V (不同) )至輸入共同模式至差速器轉(zhuǎn)換(V 外(差) /V (厘米) ).

在理想的單端全微分放大器中,只有輸入微分級影響輸出電壓。然而,在實際電路中,電阻不匹配限制了可用的CMRR?？紤]此電路配置,以衰減對2V的信號。使用典型的表面貼裝電阻與2%匹配(1%公差),最壞情況下來自電阻的CMRR貢獻(xiàn)是30db。用0.01%的公差,0.02%的匹配,最壞情況下的CMRR貢獻(xiàn)電阻是70db。遺留集束彈藥風(fēng)險方程中的一個限制因素是:

這個表達(dá)式減少了典型電阻的電阻匹配率,但是lt5400采取了額外的步驟,通過限制電阻對R1/R2和R4/R3的匹配,提供改進(jìn)的CMRR。通過將這個方程定義為CMRR的匹配,LT5400提供了比電阻匹配比更好的精確度。例如,LT5400A擔(dān)保:

把最壞情況下的CMR提高到82db。

該電路的一個實驗測試結(jié)果是,用1%的公差電阻產(chǎn)生50.7db(高電阻匹配有限公司),用lt5400產(chǎn)生86.6db。在這種情況下,一個2.5V的通用模式輸入將會產(chǎn)生一個1.5MV的偏移量與1%的厚菲林電阻和一個23VV的偏移量與LT5400,使它適合18BITADC應(yīng)用,其中直流精度是關(guān)鍵的。

諧波變形

在為精密應(yīng)用選擇電阻時,諧波失真也很重要。電阻器上的大信號電壓可能會根據(jù)大小和材料而顯著改變電阻。這個問題在許多基于芯片的電阻器中出現(xiàn),并且隨著電阻器功率水平的增加自然變得更加嚴(yán)重。表1比較了厚膜、通孔和基于大功率驅(qū)動和類似功率驅(qū)動的LT5400電阻的變形情況。結(jié)果表明,對于一個給定的信號,LT5400比其他類型的電阻器扭曲的信號少得多。

表1對于給定功率級,LT5400比其他電阻類型更線性穩(wěn)定.

圖3顯示了LT5400中電阻器之間分布電容的模型。為了實現(xiàn)高精度的匹配和跟蹤在LT5400,許多小型SICR電阻器配置成串聯(lián)和并行。由于復(fù)雜的相互作用,LT5400電阻可以被建模為一系列極小的電阻,在相鄰的片段之間,在單個片段和暴露的墊片之間具有寄生電容。相比之下,典型的表面貼裝電阻,在沒有緊密布局的情況下,通常表現(xiàn)出的寄生電容明顯減少。

圖3匹配電阻電路中分布式電容的簡單模型。R'組件的總和創(chuàng)建了一個等效的單電阻.C'的凈效應(yīng) 中間的 是1.4pf和C的濾波效應(yīng)是5.5pf

當(dāng)曝光墊接地時,可以減輕電阻間電容的影響。然而,即使在接地暴露的墊片后,這個電容仍然影響電路的穩(wěn)定性,因為它按總電阻乘以總電容的順序形成一個寄生極。

由于超射與相位邊緣成反比,最小一步響應(yīng)超射是保證電路穩(wěn)定性的好方法。未補(bǔ)償?shù)腖T5400配置顯示27%,相比之下,0402配置顯示出17%的超調(diào)。然而,實現(xiàn)8%過超所需的補(bǔ)償電容在兩種配置中大致相同:18pf與lt5400;15pf與0402電阻。在幾乎相同的補(bǔ)償下,這兩個電路顯示出相似的穩(wěn)定性特性.

結(jié)論

精確放大器和ADCS的實際性能通常很難實現(xiàn),因為數(shù)據(jù)表規(guī)格具有理想的組件。仔細(xì)匹配的電阻網(wǎng)絡(luò),如LT5400所提供的,比離散組件更能精確匹配數(shù)量級,確保精確集成電路符合數(shù)據(jù)表規(guī)格。