面向精準(zhǔn)放大器應(yīng)用的匹配電阻器網(wǎng)絡(luò)

某些理想的運(yùn)算放大器配 置會(huì)假定反饋電阻器呈現(xiàn)完美的匹配。而事實(shí)上，電阻器的非理想性會(huì)對(duì)各種電路參數(shù)產(chǎn)生影響，如共模抑制比(CMRR)、諧波失真和穩(wěn)定性。如圖1例子所示，配置一個(gè)單端放大器以將接地參考信號(hào)電平移位至2.5V共模電壓就需要一個(gè)上佳的CMRR。假設(shè)CMRR為34dB且沒(méi)有輸入信號(hào)，則該2.5V電平 移位器將產(chǎn)生一個(gè)50mV的輸出偏移，甚至有可能壓倒12位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、驅(qū)動(dòng)器的最低有效位(LSB)和偏移誤差。

對(duì)于運(yùn)算放大器而言，34dB是一個(gè)不太理想的CMRR。然而，不管該運(yùn)算放大器的性能如何，一個(gè)由1%容差電阻器構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)會(huì)將CMRR限制在 34dB。高度匹配的電阻器(如LT5400提供的匹配準(zhǔn)確度達(dá)0.01%、0.025%和0.05%的電阻器)確保設(shè)計(jì)人員能夠接近或達(dá)到放大器產(chǎn)品手 冊(cè)所宣稱的性能指標(biāo)。本設(shè)計(jì)要點(diǎn)將LT5400與厚膜、0402、1%容差表面貼裝型電阻器進(jìn)行了對(duì)比，研究了采用這些電阻器在一個(gè)LTC6362運(yùn)算放大器周?chē)峁┓答?如圖2所示)時(shí)的CMRR、諧波失真和穩(wěn)定性。

共模抑制比

為了在存在共模噪聲的情況下獲取精準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果，擁有高CMRR很重要。輸入CMRR定義為差分增益(VOUT(DIFF)/VIN(DIFF))與輸入共模至差分轉(zhuǎn)換增益(VOUT(DIFF)/VIN(CM))的比值。在理想的單端和全差分放大器中， 只有輸入差分電平會(huì)影響輸出電壓。然而，在實(shí)際電路中，電阻器失配對(duì)可用CMRR造成了限制。我們研究一下這款用于將一個(gè)±10V信號(hào)衰減至±2V信號(hào)而 配置的電路。當(dāng)采用匹配準(zhǔn)確度為2%(1%容差)的典型表面貼裝電阻器時(shí)，產(chǎn)生自電阻器的最壞情況CMRR為30dB。而當(dāng)采用0.01%容差 (0.02%匹配準(zhǔn)確度)的電阻器時(shí)，由電阻器產(chǎn)生的最壞情況CMRR為70dB。CMRR公式中的一個(gè)限制因素為：

該表達(dá)式簡(jiǎn)化為典型電阻器的電阻匹配比，但LT5400則更進(jìn)一步，其通過(guò)限定電阻器對(duì)R1/R2與R4/R3之間的匹配來(lái)改善CMRR。通過(guò)將該式定義為CMRR的匹配公式，LT5400所提供的準(zhǔn)確度比只采用電阻器匹配比時(shí)更好。例如，LT5400A可確保

從而將最壞情況CMRR提升至82dB。

該電路在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中所產(chǎn)生的CMRR為50.7dB(在很大程度上受到電阻器匹配準(zhǔn)確度的限制，使用的是1%容差電阻器)和86.6dB(使用LT5400)。在該場(chǎng)合中，一個(gè)2.5V共模輸入將產(chǎn)生1.5mV(使用1%厚膜電阻器)和23μV(使用LT5400)偏移，從而使其適合于非常重視 DC準(zhǔn)確度的18位ADC應(yīng)用。