在單片IC設(shè)計(jì)過程中,,我們常常會竭盡所能地對內(nèi)部組件進(jìn)行精確的匹配,。例如,,精確匹配運(yùn)算放大器的輸入晶體管,旨在獲得低失調(diào)電壓,。如果我們必須使用屬于我們自己的離散晶體管運(yùn)算放大器,則我們會得到 30mV 甚至更高的失調(diào)電壓。精確匹配組件的這種能力包括片上電阻器的使用,。 集成差動放大器利用高精度片上電阻器匹配和激光修整。這些集成器所擁有的卓越的共模抑制性能,,有賴于精心設(shè)計(jì)集成電路的精確匹配和溫度追蹤能力,。圖 1 顯示了如 INA133 等差動放大器的常用方法,其對一個(gè)低電阻分流器的電壓進(jìn)行測量,,從而監(jiān)測負(fù)載的電流,。要想抑制 10V 共模電壓 Vs,兩個(gè)輸入端增益必須完全相等并且極性相反,。
圖 1 中,,我假設(shè)為一個(gè)理想的運(yùn)算放大器,但輸入電阻相互偏差 ±3Ω,,并且其25kΩ 額定值中存在 ±0.012% 不匹配,。這種非常小的電阻誤差,會產(chǎn)生 1.2mV 的 10V 共模電壓誤差,。由于分流器電阻的電壓為零,,10V 共模電壓引起的偏移為 1.2mV。在大多數(shù)應(yīng)用中,,這是可以接受的,,也即常用 50mV 滿量程分流器電壓 2.4% 偏移誤差。但是,,如果您使用常見 1% 或者甚至 0.1% 電阻器的差動放大器,,則請您仔細(xì)檢查誤差:
如圖 1 所示,該表格假設(shè)四個(gè)電阻器中的兩個(gè)方向相反,,并達(dá)到其最大容限,,這是對潛在誤差的合理估計(jì)。如果所有四個(gè)電阻器的偏差都達(dá)到極限,,則這些誤差翻倍,,但這種情況不可能出現(xiàn)。 本例還表明了保持低電源阻抗以及匹配這些差動放大器的重要性,。錯(cuò)配電源阻抗帶來的額外 ±3Ω,,可能會產(chǎn)生不可接受的誤差。 值得注意的是,,INA133 的內(nèi)部電阻器并未精確至絕對值,。25kΩ 值的精確度僅大約為 ±15%。在獲得電阻器輸入端大小相同(極性相反)增益的過程中,,R1/R2 和 R3/R4 兩個(gè)比率至關(guān)重要,。內(nèi)部差動放大器起到大多數(shù)儀表放大器輸出級的作用,,其存在相同的問題。
現(xiàn)在,,知道這些集成匹配內(nèi)部電阻器的值以后,,我們再做一次回顧。稍后,,我們將討論如何利用常見 1% 電阻器和優(yōu)秀運(yùn)算放大器構(gòu)建一個(gè)完美的差動放大器,。