输入失调电压Vos及温漂

输入失调电压Vos及温漂

在运放的应用中，不可避免的会碰到运放的输入失调电压Vos问题，尤其对直流信号进行放大时，由于输入失调电压Vos的存在，放大电路的输出端总会叠加我们不期望的误差。举个简单，老套，而经典的例子，由于输入失调电压的存在，会让我们的电子秤在没经调校时，还没放东西，就会有重量显示。我们总不希望，买到的重量与实际重有差异吧，买苹果差点还没什么，要是买白金戒指时，差一克可是不少的money哦。下面介绍一下运放的失调电压，以及它的计算。最后再介绍一些TI的低输入失调电压运放。

理想情况下，当运放两个输入端的输入电压相同时，运放的输出电压应为0V，但实际情况确是，即使两输入端的电压相同，放大电路也会有一个小的电压输出。如下图，这就是由运放的输入失调电压引起的。

当然严格的定义应为，为了使运放的输出电压等于0，必需在运放两个输入端加一个小的电压。这个需要加的小电压即为输入失调电压Vos。注意，是为了使出电压为0，而加的输入电压，而不是输入相同时，输出失调电压除以增益（微小区别）。 

运放的输入失调电压来源于运放差分输入级两个管子的不匹配。如下图。受工艺水平的限制，这个不匹配是不可避免的。差分输入级的不匹配是个坏孩子，它还会引起很多其他的问题，以后介绍。

输入失调电压定义：为了使输出电压为0，必须在运放两个输入端加一个小电压，这个电压就是输入失调电压。

输入失调电压来源跟输入偏置电流一样，在于运放差分输入级两个管子的不匹配。

两个管子的匹配度在一定范围内和管子面积的平方根成正比，就是说匹配度提高到原来的两倍，面积就是原来的四倍。当达到一定水平后，增加面积也不行了。而且增加面积会增加成本，所以常用的方法是在运放生成出来后再进行测试，然后再trim（调校），这样能使运放精度大大提高。由于调试的成本导致高精度运放价格也更高。

再说两个重要参数，首先是失调电压的温漂，即失调电压的大小会随着温度变化而变化。

失调电压温漂定义为：△Vos / △T = ［Vos（T） – Vos（25℃）］ / （T - 25℃）

还有一个就是输入失调电压的长期漂移，一般会给出类似于 uV/1000hours 或 uV/month 的单位。

下面是计算一个运放在85℃时的最大失调电压的例子，假设温漂为 1uV/℃。

最大失调电压分为两部分：25℃的失调电压 + 温度变化引起的温漂。如下图：

如果将以上电路增益改为101，则输出为 8585uV，看出看似温漂 1uV/℃很小，实际输出时温漂就成了误差的主要来源，所以如果产品应用环境温差大时一定要注意温漂。

需要提醒的是，使用简易方法测试单电源运放的输入失调电压时，需要将输入端短路并提供低噪声稳定电压偏置。如下图：

我们关注输入失调电压，是因为他会给放大电路带来误差。下面就要分析它带来的误差。在计算之前，我们再认识一个让我们不太爽的参数，失调电压的温漂，也就是说，上面提到的输入失调电压会随着温度的变化而变化。而我们的实际电路的应用环境温度总是变化的，这又给我们带来了棘手的问题。下表就是在OPA376 datasheet上截取下来的参数。它温漂最大值为1uV/℃（-40℃to 85℃）。一大批运放的Vos是符合正态分布的，因此datasheet一般还会给出offset分布的直方图。 

当温度变化时，输入失调电压温漂的定义为：

刚忘记了另一个重要的参数，就是运放输入失调电压的长期漂移，一般会给出类似uV/1000hours或uV/moth等。有些datasheet会给出这一参数。   

下面举例计算一下OPA376，在85℃时的最大失调电压，主要是两

部分，一部分是25度时的输入失调电压，另一部分是温度变化引起的失调电压漂移。 

具体步聚如下图。从结果来看似1uV/℃温漂，在乘上温度变化时，就成为了误差的主导。因此，如果设计的电路在宽的温度范围下应用，需在特别关注温漂。

如果放大电路的Gain改为100，则最大输出失调电压就为8.5mV。这是最差的情况。 

关于输入失调电压的测试在“运放参数的详细解释和分析-part2，如何测量输入偏置电流Ib，失调电流Ios”中有介绍，感兴趣的话，可以去看看。还有简单的测试方法，如下图：

Vos = Vout/1001 

需要提醒的是，使用简易方法测试单电源运放的输入失调电压时，需要将输入端短路并提供一个低噪声的稳定电压偏置。如下图。

TI的运放水平在全球一直处于领选地位，下面列一些TI的低温漂运放，它们的最大漂移只有0.05uV/℃。输入失调电压Vio最大值只有5uV。 OPA734  OPA735  OPA334  OPA335