精确放大器应用的匹配电阻网络

导言

一些理想的操作放大器配置假设反馈电阻显示完美匹配。实际上,电阻的非意识形态会影响各种电路参数,如共模排斥比、谐波失真和稳定性。例如,如图1所示,一个单端放大器被配置为平移地面参考信号到2.5V的通用模式需要一个良好的CMRR。这个2.5V级转换器的输出偏移量为50mv,假设有34dbCMRS,没有输入信号,它甚至可以压倒LSB,抵消12位ADCS和驱动程序的误差。

图1单端操作放大器用作电平转换器

对于一个操作放大器,34db是一个不理想的CMRS。然而,一个1%公差电阻的反馈网络可以将CMRR限制到34db,而不管OP放大器的性能如何。高度匹配的电阻器,如LT能提供的电阻器,可用0.01%、0.025%和0.05%的匹配,确保设计者能够接近或满足放大器数据表规格。本设计说明比较了LT5400厚膜,0402,1%公差表面贴装电阻器。对于LTC6362OP放大器周围的反馈,这些电阻考虑了CMRR、谐波失真和稳定性,如图2所示。

图2完全差动操作放大器配置为V 在外面 /V 在…中 = 0.2

普通模式排斥比

为了在常见模式噪声的存在下获得精确的测量结果,高的CMRR是很重要的。输入CM经常被定义为差增益的比率(V 外(差) /V (不同) )至输入共同模式至差速器转换(V 外(差) /V (厘米) ).

在理想的单端全微分放大器中,只有输入微分级影响输出电压。然而,在实际电路中,电阻不匹配限制了可用的CMRR。考虑此电路配置,以衰减对2V的信号。使用典型的表面贴装电阻与2%匹配(1%公差),最坏情况下来自电阻的CMRR贡献是30db。用0.01%的公差,0.02%的匹配,最坏情况下的CMRR贡献电阻是70db。遗留集束弹药风险方程中的一个限制因素是:

这个表达式减少了典型电阻的电阻匹配率,但是lt5400采取了额外的步骤,通过限制电阻对R1/R2和R4/R3的匹配,提供改进的CMRR。通过将这个方程定义为CMRR的匹配,LT5400提供了比电阻匹配比更好的精确度。例如,LT5400A担保:

把最坏情况下的CMR提高到82db。

该电路的一个实验测试结果是,用1%的公差电阻产生50.7db(高电阻匹配有限公司),用lt5400产生86.6db。在这种情况下,一个2.5V的通用模式输入将会产生一个1.5MV的偏移量与1%的厚菲林电阻和一个23VV的偏移量与LT5400,使它适合18BITADC应用,其中直流精度是关键的。

谐波变形

在为精密应用选择电阻时,谐波失真也很重要。电阻器上的大信号电压可能会根据大小和材料而显著改变电阻。这个问题在许多基于芯片的电阻器中出现,并且随着电阻器功率水平的增加自然变得更加严重。表1比较了厚膜、通孔和基于大功率驱动和类似功率驱动的LT5400电阻的变形情况。结果表明,对于一个给定的信号,LT5400比其他类型的电阻器扭曲的信号少得多。

表1对于给定功率级,LT5400比其他电阻类型更线性稳定.

图3显示了LT5400中电阻器之间分布电容的模型。为了实现高精度的匹配和跟踪在LT5400,许多小型SICR电阻器配置成串联和并行。由于复杂的相互作用,LT5400电阻可以被建模为一系列极小的电阻,在相邻的片段之间,在单个片段和暴露的垫片之间具有寄生电容。相比之下,典型的表面贴装电阻,在没有紧密布局的情况下,通常表现出的寄生电容明显减少。

图3匹配电阻电路中分布式电容的简单模型。R'组件的总和创建了一个等效的单电阻.C'的净效应 中间的 是1.4pf和C的滤波效应是5.5pf

当曝光垫接地时,可以减轻电阻间电容的影响。然而,即使在接地暴露的垫片后,这个电容仍然影响电路的稳定性,因为它按总电阻乘以总电容的顺序形成一个寄生极。

由于超射与相位边缘成反比,最小一步响应超射是保证电路稳定性的好方法。未补偿的LT5400配置显示27%,相比之下,0402配置显示出17%的超调。然而,实现8%过超所需的补偿电容在两种配置中大致相同:18pf与lt5400;15pf与0402电阻。在几乎相同的补偿下,这两个电路显示出相似的稳定性特性.

结论

精确放大器和ADCS的实际性能通常很难实现,因为数据表规格具有理想的组件。仔细匹配的电阻网络,如LT5400所提供的,比离散组件更能精确匹配数量级,确保精确集成电路符合数据表规格。