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使用精细匹配的电阻器网络完成高精度放大器和ADC的精细匹配

利用精密匹配的电阻器网络实现高精度放大器和ADC的精密匹配-某些理想的运算放大器配置会假定反馈电阻器呈现完美的匹配。而事实上,电阻器的非理想性会对各种电路参数产生影响,如共模抑制比(CMRR)、谐波失真和稳定性。如图1例子所示,配置一个单端放大器以将接地参考信号电平移位至2.5V共模电压就需要一个上佳的CMRR。假设CMRR为34dB且没有输入信号,则该2.5V电平移位器将产生一个50mV的输出偏移,甚至有可能压倒12位模拟数字转换器(ADC)、驱动器的最低有效位(LSB)和偏移误差。

某些抱负的运算放大器装备会假定反应电阻器呈现完美的匹配。而事实上,电阻器的非抱负性会对各种电路参数发生影响,如共模抑制比(CMRR)、谐波失真和稳定性。如图1比如所示,装备一个单端放大器以将接地参阅信号电平移位至2.5V共模电压就需要一个上佳的CMRR。假定CMRR为34dB且没有输入信号,则该2.5V电平移位器将发生一个50mV的输出偏移,甚至有或许压倒12位模仿数字转化器(ADC)、驱动器的最低有用位(LSB)和偏移差错。

运用精细匹配的电阻器网络完成高精度放大器和ADC的精细匹配

关于运算放大器而言,34dB是一个不太抱负的CMRR。但是,不论该运算放大器的功能怎么,一个由1%容差电阻器构成的反应网络会将CMRR约束在34dB。高度匹配的电阻器(如LT5400供给的匹配准确度达0.01%、0.025%和0.05%的电阻器)保证规划人员能够挨近或到达放大器产品手册所声称的功能指标。本规划要点将LT5400与厚膜、0402、1%容差外表贴装型电阻器进行了比照,研讨了选用这些电阻器在一个LTC6362运算放大器周围供给反应(如图2所示)时的CMRR、谐波失真和稳定性。

共模抑制比

为了在存在共模噪声的状况下获取精准的丈量成果,具有高CMRR很重要。输入CMRR界说为差分增益(VOUT(DIFF)/VIN(DIFF))与输入共模至差分转化增益(VOUT(DIFF)/VIN(CM))的比值。在抱负的单端和全差分放大器中,只要输入差分电平会影响输出电压。但是,在实践电路中,电阻器失配对可用CMRR造成了约束。咱们研讨一下这款用于将一个±10V信号衰减至±2V信号而装备的电路。当选用匹配准确度为2%(1%容差)的典型外表贴装电阻器时,发生自电阻器的最坏状况CMRR为30dB。而当选用0.01%容差(0.02%匹配准确度)的电阻器时,由电阻器发生的最坏状况CMRR为70dB。CMRR公式中的一个约束要素为:

该表达式简化为典型电阻器的电阻匹配比,但LT5400则更进一步,其经过约束电阻器对R1/R2与R4/R3之间的匹配来改进CMRR。经过将该式界说为CMRR的匹配公式,LT5400所供给的准确度比只选用电阻器匹配比时更好。例如,LT5400A可保证

然后将最坏状况CMRR提升至82dB。

该电路在试验测验中所发生的CMRR为50.7dB(在很大程度上遭到电阻器匹配准确度的约束,运用的是1%容差电阻器)和86.6dB(运用LT5400)。在该场合中,一个2.5V共模输入将发生1.5mV(运用1%厚膜电阻器)和23μV(运用LT5400)偏移,然后使其适合于非常重视DC准确度的18位ADC使用。

谐波失真

在为精准型使用选择电阻器时,谐波失真也是很重要的。视尺度和资料的不同,电阻器两头的一个大信号电压或许会使电阻发生明显的改变。在不少片式电阻器中都会呈现这一问题,而且跟着电阻器上功率级的添加,这种状况会变得益发严峻。表1以高功率驱动和类似功率驱动为根底比较了厚膜、通孔和LT5400电阻器的失真功能指标。比较成果显现:关于给定的信号,与其他电阻器类型比较,LT5400所引起的信号失真要小得多。

图3展现了LT5400中电阻器之间的分布式电容模型。为了在LT5400中完成高精度的匹配和盯梢,以串联和并联的方法装备了许多小型硅铬(SiCr)电阻器。因为杂乱交织结合的原因,能够将LT5400电阻器模仿为在相邻区段之间及各区段与暴露焊盘之间具有寄生电容的一连串无穷小电阻器。与此相反,未选用这种紧密布局的规范外表贴装型电阻器则呈现出小得多的寄生电容。

当暴露焊盘接地时,能够减轻电阻器间电容的影响。不过,即便在暴露焊盘接地之后,该电容仍旧会经过构成一个寄生极点(约为总电阻与总电容的乘积)而对电路的稳定性发生影响。

因为过冲与相位裕量成反比,因而尽量减小阶跃呼应过冲是保证电路稳定性的一个好办法。未经补偿的LT5400装备发生的过冲为27%,而0402装备的过冲为17%。但是,完成8%过冲所需的补偿电容器在这两种装备中则大致相同:LT5400为18pF,0402电阻器为15pF。在选用的补偿电容差不多相同的状况下,两种电路所表现出的稳定性特征较为类似。

定论

因为产品手册标准假定的是抱负组件,因而高精度放大器和ADC的实践功能一般难以完成。精细匹配的电阻器网络(如LT5400供给的电阻器网络)可完成比分立式组件高几个数量级的精准匹配,然后保证到达高精度IC产品手册中声称的功能指标。

责任编辑:gt

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