使用匹配电阻的原因和方法，第2部分

低温漂移的耦合电阻对许多精密模拟电路至关重要。

前一部分讨论了匹配电阻器的需要和"为什么",以及由于公差和TCR引起的错误。本节将过渡到它们的物理实施,并查看获取所需匹配电阻的"方法",以最小化错误、与温度有关的影响和其他变化。

问:在决定使用哪种电阻技术时,需要考虑哪些性能因素?

A: 一如既往,涉及许多因素。首先,当然,最初的精确度是由公差和TCR来定义的。对于最精确的应用,存在着长期稳定性和漂移问题,这些问题与温度变化无关。对于热时间常数、功率处理、尺寸和成本也有担忧。

什么是最明显的技术匹配电阻器?

A: 早期采用了"手册"办法。虽然使用惠斯通桥和Nl-电流探测器可以实现非常高的匹配,但这样做是一个耗时的过程,只匹配初始值,而不匹配温度引起的漂移。这种匹配可以由最终用户作为生产前步骤,在生产后校准阶段,或由电阻供应商。除极不寻常的情况外,它不再使用。

问题:还有哪些其他办法?

A: 线绕电阻器 因为他们的电阻主要是线长的函数.这方面的负面方面是,即使是最低值的电阻器也需要大量的电线,因此成本和体积都很大。

如果注意细节,它们可以是精确的,但不稳定。铜的TCR值非常高,为0.393%/℃(~4000百万分之/℃),因此铜丝的电阻相对于温度有很大的变化,而其他金属丝材料则要昂贵得多。相比之下,现代的高性能稳定电阻器的TCR范围从不到百万分之一/摄氏度到几十个百万分之一/摄氏度,相差超过三个数量级。

问:这些方法听起来既复杂又不充分,是否有更好的选择?

A: 是的,由于现代材料科学和材料加工技术。例如,维舍精密集团开发出了一种具有优异特性的专用散装金属箔材料和工艺。许多电阻器厂商使用精密薄膜、厚膜等技术.

问:这些厚薄膜方法的优点是什么?

A: 首先,它们是精确的,因为电阻可以激光处理到一个精确的值。第二,它们是在一个共同的基板上产生的,所以不同的电阻器有非常相似的TCR和其他属性。成本相对较低,因为它们可以大规模生产,类似硅集成电路处理,甚至与这些集成电路的模具相结合。此外,不仅可以产生1:1的比率,还可以产生其他有用的比率,如2:1和10:1。

图1 展示了一些高精度、低TCR技术的关键属性。

图1有很多材料和技术可以用来制造高精度、低温度的电阻器;这个表格显示了它们的关键属性和结果的折衷。

图2雷斯11A-Q1是一种匹配的薄膜电阻分频器设备,利用薄膜SICSR作为模拟CMOSIC过程的一部分。

问:除了单独的电阻之外,这些电阻是作为一个单元提供的吗?

A: 是的,每个技术都有。例如,德克萨斯仪器公司提供了雷斯11A-Q1,这是一个自动化的,匹配的薄膜电阻分频器与1-K输入。使用高性能模拟CMOS工艺( 图2 ).

该组分具有较高的比率匹配精度,测量出的每一个除法器的比例在标称值(典型值)的~120百万分之一。一个典型的应用是一个精密差幅放大器( 图3 ).

图3该RES11A-Q1非常适合用于精密差幅放大器设计。

问:其他供应商的设备是否有类似的性能?

A: LT5401模拟设备匹配电阻网络的精密放大器在一个10铅MSP外壳的特点优秀的匹配和跟踪,包括:

· 电阻比匹配(最大值)

· 5dB CMRR (minimum)

· +25PPM增益误差(最大)

· 平均浓度0.5p/℃

· 8百万/℃绝对电阻值温度漂移

· 长期稳定性:在6500小时内为8百万分之8

· -55℃至150℃操作温度

在具有代表性的应用程序中,它是作为完全微分放大电路的一部分使用Ada4932操作安培实现增益G=1的单端微分转换( 图4 ) .

图4LT5401匹配电阻网包括不同的电阻值,所以用户可以为他们的放大器硬线不同的增益值,这里是G=1所示。

问:这些电阻器是否仅作为独立设备使用?

A: 不,有些供应商已经把它们纳入了论坛版本身的IC死亡。例如,LT1997-1模拟器件是一种高精度、高电压、可选择性差/电流感知放大器。它最适合于通过电流传感器电阻对电压进行高方位测量,作为一个单片机解决方案,在不使用外部元件的情况下精确地放大和平移电压( 图5 ).

图5有些差动放大器,比如LT1997-1,可以使用内置匹配的电阻对,以简化设计-,减少板空间,并方便错误预算分析。

其特点是:

· 109 dB minimum CMRR (gain = 10)

· 012% (120 ppm) maximum gain error (gain = 10)

· 最大增益误差漂移

问:为什么你会使用一个分屏电阻对或多电阻网络,而不是一个单一的IC,哪一个功能是完全集成的解决方案?

A: 一如既往,这是一个优先级和性能、参数和可用性权衡的问题。一般来说,高精度离散解决方案提供了最好的性能,但成本较高的美元和板空间。也许你想要的放大器功能没有提供积分电阻,所以你不得不去到双设备解决方案。

然而,您可能不需要更高水平的性能,而一个工作良好的放大器是可用的积分电阻,这也简化了板布局和帮助维护热平衡。请注意,单个离散电阻器必须放在PC板上,仔细注意气流、自和环境加热、布局和寄生虫等问题( 图6 ).

图6对于精密应用来说,即使是匹配电阻对的放置(标记为810和938的小矩形)等微妙之处也是至关重要的,因为它对热环境和寄生虫效应有影响。

除了与使用这些电阻相关的许多问题之外,还有一个微妙的问题可能会影响性能最好的设计。除特殊情况外,等欧姆值对的自热相同,其耗散和随之而来的漂移也相同。

但是对于匹配的不同值电阻,例如在分压器中,情况并非如此。考虑一个10:1分频器:"10"电阻会消散10倍于"1"电阻的功率(P=I)。 2 因此,会有较高的自热和热漂移。这一差异必须在信号链模型和错误预算中加以考虑。

问:这个话题看起来很简单,因为它只涉及被动组件,所以还能说多少呢?

A: 关于这个问题,有大量的定性和定量信息。这些信息跨越了制造这些电阻器的微妙之处,分析了它们在最坏情况下的时间、温度和其他因素的误差预算,以及物理位置的微妙之处。这些组件的供应商提供全面的应用说明和见解。即使你对基本材料的科学或制造方面不感兴趣,他们的担保品也提供了有价值的"如何选择和使用"信息。