何时校准系统偏置电压和增益误差

输入偏移电压(V O )的运算放大器(OPAMP)被建模为直流误差源,就像电压源在非逆变输入上的作用。小输入信号对高增益电路具有显著的误差.

图1 用一个45MV输入信号和一个1MV的增益表示100V/V的操作放大器 O .偏移信号直接增加输入信号,引入2.22%的误差.您可以通过选择具有更好的偏移规格的操作放大器,或者通过实现校准过程来减少这个错误。

图1 偏移电压表示转化为测量误差.

校正将两种不同的校准信号应用于OP放大器并测量其响应。然后,您可以使用测量做直线曲线适合的传递函数,并使用数学模型纠正增益和偏移误差的操作放大器。这一方法甚至还适用于一个复杂的模拟系统,包括多个OP安培和一个类似数字转换器(ADC)。

图2 方程1,2,3和4说明了一个简单的两点校准例子,使用的电阻不匹配0.1%。该方法除了对偏置进行修正外,还可以纠正电阻公差引起的增益误差.

图2 两点校准示例使用的电阻不匹配0.1%。

公式1 展示标定线性系统时使用的一般直线方程。 公式2 和 公式3 显示增益和偏移校正系数的计算.注意,增益的理想值是2.0V/V,但由于电阻的公差,测量值是200088V/V。

同时,理想的偏移量为0V,但偏移量的计算是31.25VV. 等于4 说明如何使用校准系数修正增益和偏移误差,以确定更精确的V值.

如上面的例子所示,OP放大器增益误差主要是由设置放大器增益(G=射频/RG+1)时使用的电阻公差引起的。公差0.1%适用于标准的室温温度值,因此,一个单一的校准可以最小化室温增益误差。然而,如果不增加额外的温度校准步骤,就不可能校准增益误差漂移(或增益误差在温度之间的变化)。

由反馈电阻温度系数不匹配引起的误差漂移。因此,电阻分频器网络可以最小化增益误差漂移,因为内部电阻的温度系数匹配。

举个例子 RES11A 电阻分频器网络的最大增益误差为~0.05%,最大增益漂移误差为~2m/℃。在许多情况下,使用这种精度水平的电阻可以消除校准的需要,这可以减少测试的复杂性。

偏移校正过程的一个局限性是,有许多系统变量可以影响V值 O .在校准中常常很难或不可能考虑到这些副作用。例如,温度变化会影响到V O .

从技术上讲,你可以监控温度并修正改变电源电压,但是从实际的角度来看,这样做会使校准过程复杂而昂贵。共模输入电压、电源电压和开环增益均可产生额外的输入偏置电压。

这些参数在OP放大数据表中指定,这样您就可以使用计算和模拟来估计预期误差的范围。

有一些高性能的设备,您可以在操作放大器选择过程中选择,以最小化这些错误。例如,OPA189具有168db的典型共模排斥比(CMRR)。这个非常高的CMRR意味着一个在通用模式中的1-V的变化将引入一个4-NV的偏移变化。因此,对于这个设备,改变共模信号对V的影响几乎可以忽略不计。 O .

一些错误源可能产生额外的偏移,而这些偏移在OPAMP数据表中没有指定,因为它们可归因于多氯联苯的设计或外部环境因素。例如,在印刷电路板上施加机械应力,会引起操作放大器输入偏置电压的变化。环境因素产生额外偏移电压的另一个例子是寄生热电偶。

这些寄生热电偶是由反馈网络、输入连接和多氯联苯痕迹中使用的不同金属引起的,当多氯联苯具有明显的热梯度或应用非常敏感时,这主要是一个问题。在热梯度适中的环境中,热电动势(EMF)将处于微伏范围。

图3 上图说明了引入偏移电压的误差源.

校准与否?

校正是一项技术和财务设计决定。在模拟系统需要自动最终测试验证的情况下,校准可以使用较低精度的组件,仍然可以获得良好的精度。

在不需要自动最后测试的情况下,增加校准费用可能很高,一个更好的办法是使用精确的OP安培和电阻网络减少总体误差。

精确组件还有一个额外的好处,即最大限度地减少次级误差源,如CMR、PSRR、A 在线语言 以及温度的波动。这些次级误差源很难通过校准消除.