低溫漂移的耦合電阻對許多精密模擬電路至關(guān)重要。

前一部分討論了匹配電阻器的需要和"為什么",以及由于公差和TCR引起的錯誤。本節(jié)將過渡到它們的物理實施,并查看獲取所需匹配電阻的"方法",以最小化錯誤、與溫度有關(guān)的影響和其他變化。

問:在決定使用哪種電阻技術(shù)時,需要考慮哪些性能因素?

A: 一如既往,涉及許多因素。首先,當(dāng)然,最初的精確度是由公差和TCR來定義的。對于最精確的應(yīng)用,存在著長期穩(wěn)定性和漂移問題,這些問題與溫度變化無關(guān)。對于熱時間常數(shù)、功率處理、尺寸和成本也有擔(dān)憂。

什么是最明顯的技術(shù)匹配電阻器?

A: 早期采用了"手冊"辦法。雖然使用惠斯通橋和Nl-電流探測器可以實現(xiàn)非常高的匹配,但這樣做是一個耗時的過程,只匹配初始值,而不匹配溫度引起的漂移。這種匹配可以由最終用戶作為生產(chǎn)前步驟,在生產(chǎn)后校準(zhǔn)階段,或由電阻供應(yīng)商。除極不尋常的情況外,它不再使用。

問題:還有哪些其他辦法?

A: 線繞電阻器 因為他們的電阻主要是線長的函數(shù).這方面的負(fù)面方面是,即使是最低值的電阻器也需要大量的電線,因此成本和體積都很大。

如果注意細(xì)節(jié),它們可以是精確的,但不穩(wěn)定。銅的TCR值非常高,為0.393%/℃(~4000百萬分之/℃),因此銅絲的電阻相對于溫度有很大的變化,而其他金屬絲材料則要昂貴得多。相比之下,現(xiàn)代的高性能穩(wěn)定電阻器的TCR范圍從不到百萬分之一/攝氏度到幾十個百萬分之一/攝氏度,相差超過三個數(shù)量級。

問:這些方法聽起來既復(fù)雜又不充分,是否有更好的選擇?

A: 是的,由于現(xiàn)代材料科學(xué)和材料加工技術(shù)。例如,維舍精密集團開發(fā)出了一種具有優(yōu)異特性的專用散裝金屬箔材料和工藝。許多電阻器廠商使用精密薄膜、厚膜等技術(shù).

問:這些厚薄膜方法的優(yōu)點是什么?

A: 首先,它們是精確的,因為電阻可以激光處理到一個精確的值。第二,它們是在一個共同的基板上產(chǎn)生的,所以不同的電阻器有非常相似的TCR和其他屬性。成本相對較低,因為它們可以大規(guī)模生產(chǎn),類似硅集成電路處理,甚至與這些集成電路的模具相結(jié)合。此外,不僅可以產(chǎn)生1:1的比率,還可以產(chǎn)生其他有用的比率,如2:1和10:1。

圖1 展示了一些高精度、低TCR技術(shù)的關(guān)鍵屬性。

圖1有很多材料和技術(shù)可以用來制造高精度、低溫度的電阻器;這個表格顯示了它們的關(guān)鍵屬性和結(jié)果的折衷。

圖2雷斯11A-Q1是一種匹配的薄膜電阻分頻器設(shè)備,利用薄膜SICSR作為模擬CMOSIC過程的一部分。

問:除了單獨的電阻之外,這些電阻是作為一個單元提供的嗎?

A: 是的,每個技術(shù)都有。例如,德克薩斯儀器公司提供了雷斯11A-Q1,這是一個自動化的,匹配的薄膜電阻分頻器與1-K輸入。使用高性能模擬CMOS工藝( 圖2 ).

該組分具有較高的比率匹配精度,測量出的每一個除法器的比例在標(biāo)稱值(典型值)的~120百萬分之一。一個典型的應(yīng)用是一個精密差幅放大器( 圖3 ).

圖3該RES11A-Q1非常適合用于精密差幅放大器設(shè)計。

問:其他供應(yīng)商的設(shè)備是否有類似的性能?

A: LT5401模擬設(shè)備匹配電阻網(wǎng)絡(luò)的精密放大器在一個10鉛MSP外殼的特點優(yōu)秀的匹配和跟蹤,包括:

· 電阻比匹配(最大值)

· 5dB CMRR (minimum)

· +25PPM增益誤差(最大)

· 平均濃度0.5p/℃

· 8百萬/℃絕對電阻值溫度漂移

· 長期穩(wěn)定性:在6500小時內(nèi)為8百萬分之8

· -55℃至150℃操作溫度

在具有代表性的應(yīng)用程序中,它是作為完全微分放大電路的一部分使用Ada4932操作安培實現(xiàn)增益G=1的單端微分轉(zhuǎn)換( 圖4 ) .

圖4LT5401匹配電阻網(wǎng)包括不同的電阻值,所以用戶可以為他們的放大器硬線不同的增益值,這里是G=1所示。

問:這些電阻器是否僅作為獨立設(shè)備使用?

A: 不,有些供應(yīng)商已經(jīng)把它們納入了論壇版本身的IC死亡。例如,LT1997-1模擬器件是一種高精度、高電壓、可選擇性差/電流感知放大器。它最適合于通過電流傳感器電阻對電壓進行高方位測量,作為一個單片機解決方案,在不使用外部元件的情況下精確地放大和平移電壓( 圖5 ).

圖5有些差動放大器,比如LT1997-1,可以使用內(nèi)置匹配的電阻對,以簡化設(shè)計-,減少板空間,并方便錯誤預(yù)算分析。

其特點是:

· 109 dB minimum CMRR (gain = 10)

· 012% (120 ppm) maximum gain error (gain = 10)

· 最大增益誤差漂移

問:為什么你會使用一個分屏電阻對或多電阻網(wǎng)絡(luò),而不是一個單一的IC,哪一個功能是完全集成的解決方案?

A: 一如既往,這是一個優(yōu)先級和性能、參數(shù)和可用性權(quán)衡的問題。一般來說,高精度離散解決方案提供了最好的性能,但成本較高的美元和板空間。也許你想要的放大器功能沒有提供積分電阻,所以你不得不去到雙設(shè)備解決方案。

然而,您可能不需要更高水平的性能,而一個工作良好的放大器是可用的積分電阻,這也簡化了板布局和幫助維護熱平衡。請注意,單個離散電阻器必須放在PC板上,仔細(xì)注意氣流、自和環(huán)境加熱、布局和寄生蟲等問題( 圖6 ).

圖6對于精密應(yīng)用來說,即使是匹配電阻對的放置(標(biāo)記為810和938的小矩形)等微妙之處也是至關(guān)重要的,因為它對熱環(huán)境和寄生蟲效應(yīng)有影響。

除了與使用這些電阻相關(guān)的許多問題之外,還有一個微妙的問題可能會影響性能最好的設(shè)計。除特殊情況外,等歐姆值對的自熱相同,其耗散和隨之而來的漂移也相同。

但是對于匹配的不同值電阻,例如在分壓器中,情況并非如此?？紤]一個10:1分頻器:"10"電阻會消散10倍于"1"電阻的功率(P=I)。 2 因此,會有較高的自熱和熱漂移。這一差異必須在信號鏈模型和錯誤預(yù)算中加以考慮。

問:這個話題看起來很簡單,因為它只涉及被動組件,所以還能說多少呢?

A: 關(guān)于這個問題,有大量的定性和定量信息。這些信息跨越了制造這些電阻器的微妙之處,分析了它們在最壞情況下的時間、溫度和其他因素的誤差預(yù)算,以及物理位置的微妙之處。這些組件的供應(yīng)商提供全面的應(yīng)用說明和見解。即使你對基本材料的科學(xué)或制造方面不感興趣,他們的擔(dān)保品也提供了有價值的"如何選擇和使用"信息。