校準(zhǔn)VOS - 基于MAX4080檢流放大器的調(diào)整檢流放大器的失調(diào)電壓設(shè)計(jì)

雙向檢流放大器具有內(nèi)部基準(zhǔn)，例如：MAX4081具有1.5V基準(zhǔn)，能夠?qū)⑤敵鰷y量電壓偏置在1.5V，這樣，輸入差分電壓為零時(shí)，輸出為1.5V ±VOS，引入誤差。1.5V電壓高于放大器的VOL，不會影響誤差分析?？赏ㄟ^測量輸出電壓與1.5V理論電壓之差計(jì)算得到VOS誤差。但是，這種方法有一個(gè)缺點(diǎn)：降低了動態(tài)范圍。對于0至5V輸入動態(tài)范圍的ADC器件，動態(tài)范圍降低了30%，輸出范圍為1.5V至5V。另外，這種方法需要使用價(jià)格較高的雙向檢流放大器，用于單向測量。最后，利用一個(gè)低漂移1.5V基準(zhǔn)或額外的一個(gè)通道的目的只是為了測量該1.5V基準(zhǔn)電壓，設(shè)計(jì)人員很難接受這種方案。

兩點(diǎn)測量法對檢流放大器施加兩個(gè)已知的差分輸入電壓(負(fù)載電流)。首先，基于測量電壓，利用直線逼近法在圖表上外推出零檢流電壓對應(yīng)的輸入VOS。然后，利用電壓測量值進(jìn)行校準(zhǔn)。這種方法的缺點(diǎn)是：需要提供兩個(gè)“已知”的精密電流值，生產(chǎn)中很難得到這樣的電流，同時(shí)還增加了測試時(shí)間。最后，需要注意的是：對于接近零的差分輸入電壓，很難得到精確的測量值，因?yàn)樵跇O小的檢測電壓下，VOL限制會產(chǎn)生誤差。
利用輸入電阻調(diào)整輸入VOS
本應(yīng)用筆記介紹了第三種檢流放大器輸入VOS的測量方法。同樣以MAX4080為例，作用一個(gè)零輸入差分電壓，能夠抵消VOL與VOS間的相互影響—可以方便地用于生產(chǎn)線測試。

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所有的檢流放大器都具有輸入偏置電流，必須慎重使用輸入電阻(例如，作為輸入濾波器的一部分)，因?yàn)殡娮钑氩淮_定的增益和失調(diào)誤差。應(yīng)用筆記3888：“帶有輸入串聯(lián)電阻的電流檢測放大器的性能”討論了上述問題。本文采用類似技術(shù)，但特意選擇不匹配的輸入電阻，以引入額外的輸出VOS。MAX4080的偏置電流可進(jìn)行溫度補(bǔ)償，整個(gè)工作范圍內(nèi)偏置電流為5μA (典型值)和12μA (最大值)。在RS-串聯(lián)一個(gè)2kΩ電阻(圖2)，以產(chǎn)生典型值和最大值分別為10mV和24mV的輸入VOS。所引入的VOS產(chǎn)生相應(yīng)的輸出失調(diào)范圍為200mV (典型值)和480mV (最大值)，足以克服MAX4080 VOL和VOS的限制。輸入電阻引入的誤差VOS與溫度有關(guān)，取決于輸入電阻的溫漂特性(通常為100ppm)和偏置電流(忽略不計(jì))。

圖2. MAX4080配置中在RS-端串聯(lián)了一個(gè)外部2kΩ電阻

在100°C溫度變化范圍內(nèi)，+100ppm電阻溫漂特性將產(chǎn)生+1%的阻值變化(即+20Ω)。這樣，輸入電阻產(chǎn)生的附加輸入VOS漂移典型值約為+0.1mV，最大值為+0.24mV (整個(gè)偏置電流變化范圍內(nèi))。而這一溫漂值在沒有進(jìn)行校準(zhǔn)的情況下僅占輸入VOS雙向誤差(±0.6mV)的20%，在沒有校準(zhǔn)的情況下這是一個(gè)可以接受的結(jié)果。

進(jìn)一步減小串聯(lián)輸入電阻可減小漂移誤差。假設(shè)整個(gè)溫度范圍內(nèi)具有15mV的VOL和±1.2mV的輸入VOS，附加輸入VOS的最小值必須為1.2mV + 15mV/20 = 1.95mV ≈ 2mV。表1列舉了整個(gè)溫度范圍內(nèi)的測試結(jié)果。MAX4080忽略了測試放大器本身的VOS溫漂，測量到的VOS溫漂由輸入電阻和其ppm溫漂產(chǎn)生。

表1. 帶有輸入電阻和不帶輸入電阻情況下的溫度測試結(jié)果

結(jié)論
本應(yīng)用筆記介紹了一種校準(zhǔn)輸入失調(diào)的方法，該方法通過適當(dāng)調(diào)整輸入電阻在檢流放大器MAX4080中引入一個(gè)已知的輸入VOS。設(shè)備制造商可以在生產(chǎn)過程中利用這種方法校準(zhǔn)零輸入電流下的VOS，提高實(shí)時(shí)測量精度。