使用rejustor和精密儀表放大器支持高增益應(yīng)用

摘要：本文介紹了如何使用一個零漂移精密儀表放大器，一對rejustor (電動可調(diào)無源電阻)和增益設(shè)置電阻實(shí)現(xiàn)高精度增益設(shè)計的方法。文中以精密儀表放大器MAX4208為例，介紹了應(yīng)用實(shí)例及結(jié)果。

概述

儀表放大器被廣泛用于各種應(yīng)用。當(dāng)儀表放大器連接到微弱差分信號輸出的傳感器時，儀表放大器需要提供高增益，而且要求高精度增益，并維持非常低的失調(diào)電壓。在某些條件下，傳感器輸出的差分信號只有幾個mV，而放大器增益需要高達(dá)1,000倍。

一些儀表放大器內(nèi)置增益調(diào)節(jié)電阻并有幾個固定增益設(shè)置可供選擇。但對設(shè)計靈活性要求較高，同時被放大的傳感器信號必須與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿量程相匹配時，設(shè)計人員更喜歡使用那些通過調(diào)節(jié)外部分壓電阻來設(shè)置增益的儀表放大器。這種情況下，需要注意：即使是最精確的儀表放大器也會因?yàn)橥獠吭鲆嬖O(shè)置電阻的誤差而影響放大器的性能。

本文介紹如何使用一個零漂移精密儀表放大器、一對rejustor和增益設(shè)置電阻實(shí)現(xiàn)高精度的應(yīng)用設(shè)計。

增益可調(diào)儀表放大器

MAX4208是一款超低失調(diào)/漂移的精密儀表放大器。該器件采用所謂的間接電流反饋創(chuàng)新架構(gòu)，配置成一對跨導(dǎo)放大器(圖1)和高增益模塊，由兩個外置電阻提供負(fù)反饋。放大器的輸出與差分輸入的關(guān)系由如下式確定：

VOUT = VIN × (1 + R2/R1)

其中，VIN = VIN+ - VIN-

這兩個跨導(dǎo)放大器從它們的差分輸入電壓生成輸出電流，并抑制共模輸入信號。負(fù)反饋確保兩個差分輸入相等。


圖1. MAX4208功能框圖

在整個溫度范圍內(nèi)能夠保持極高精度電阻是外部電阻的最佳選擇，但只能找到某些阻值的這一等級的電阻。因此，這樣的兩個電阻組合在一起，其阻值不一定恰好達(dá)到所要求的設(shè)定增益。此外，即使電阻可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的設(shè)定增益，其它電路的非線性或不匹配也可能引起實(shí)際增益與理論值的偏差。由此可見，實(shí)現(xiàn)高增益精度切實(shí)可行的方案是使用可調(diào)電阻。

MAX4208的超低增益誤差(+25°C時，典型值為±0.05%，最大值為±0.25%)會因?yàn)橥獠侩娮枵`差的影響而變差。因此，為了充分利用儀表放大器的精度，應(yīng)選擇精度為0.25%或更高精度的外置電阻。然而，0.25%精度的電阻價格可能高于放大器本身的價格。

上述非可調(diào)電阻的問題(阻值不連續(xù)、電阻精度誤差較大)可以通過選擇rejustor (電動“調(diào)節(jié)”電阻)解決。

Rejustor

Microbridge®推出的Rejustor™元件是一款與VLSI和MEMS兼容的電動調(diào)節(jié)無源微電阻。它的非易失性意味著它不需要供電就能夠保存其設(shè)定值?？梢赃M(jìn)行雙向、多次高精度調(diào)節(jié)(例如：0.1%至0.002%，取決于很多因素)。只需通過使用電信號加熱的方式，就可以調(diào)節(jié)多晶硅電阻的晶體結(jié)構(gòu)，因而改變其電阻值。一旦調(diào)節(jié)完成，晶體結(jié)構(gòu)會保持穩(wěn)定，直到再次被加熱使其阻值發(fā)生變化。rejustor還可與其它rejustor進(jìn)行溫度系數(shù)匹配。此外，通過使用電信號，rejustor也能用來補(bǔ)償其它模擬電路器件的失調(diào)和溫度系數(shù)的變化。所有調(diào)節(jié)都可在封裝前或封裝后，在低電壓、低電流條件下完成。

Microbridge有一項(xiàng)稱為eTC Rejustor的改進(jìn)技術(shù)。它是一套針對封裝后的溫度條件，實(shí)現(xiàn)無源、全模擬、電動調(diào)節(jié)溫度系數(shù)的解決方案。使用eTC Rejustor，每個電阻的阻值和電阻溫度系數(shù)(TCR)都能分別調(diào)整到目標(biāo)值。大大提高了解決與溫度相關(guān)的各種問題的靈活性。例如，對放大器失調(diào)和溫度系數(shù)(TC)失調(diào)，可對其進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。該調(diào)節(jié)可以在電路板完成組裝之后進(jìn)行。因此，工程師可以一直等到設(shè)計中所有其它的參數(shù)變化和溫度敏感程度都彰顯之后，再進(jìn)行最后的測試，一并補(bǔ)償各項(xiàng)累積變化和誤差。

Rejustor值可以至少在出廠設(shè)定值的30%范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。