应用于运算放大器中的精密匹配电阻网络

简介

一些理想的运算放大器配置假设反馈电阻表现出完美匹配。在实践中，电阻器非理想性会影响各种电路参数，例如共模抑制比（CMRR），谐波失真和稳定性。例如，如图1所示，配置为将接地参考信号电平转换为2.5V共模的单端放大器需要良好的CMRR。假设CMRR为34dB且无输入信号，则该2.5V电平转换器的输出偏移为50mV，甚至可能超过12位ADC和驱动器的LSB和偏移误差。

运算放大器，34dB是一个不太理想的CMRR。但是，无论运算放大器的功能如何，1％容差电阻的反馈网络都可将CMRR限制在34dB。高度匹配的电阻，例如LT5400提供的电阻，可提供0.01％，0.025％和0.05％匹配，确保设计人员能够接近或满足放大器数据手册规范。本设计笔记将LT5400与厚膜，0402,1％容差表面贴装电阻进行了比较。 CMRR，谐波失真和稳定性考虑用这些电阻用于LTC6362运算放大器周围的反馈，如图2所示。

共模抑制比

为了在存在共模噪声的情况下获得精确测量，高CMRR是重要的。输入CMRR定义为差分增益（V OUT（DIFF） / V IN（DIFF））与输入共模到差分转换的比率（V OUT（DIFF） / V IN（CM））。

在理想的单端和全差分放大器中，只有输入差分电平会影响输出电压。但是，在实际电路中，电阻不匹配会限制可用的CMRR。考虑该电路配置为将±10V信号衰减为±2V信号。使用具有2％匹配（1％容差）的典型表面贴装电阻，电阻器的最坏情况CMRR贡献为30dB。具有0.01％容差，0.02％匹配，电阻器的最坏情况CMRR贡献为70dB。 CMRR等式中的限制因素是：

此表达式降低到典型电阻的电阻匹配率，但LT5400通过限制电阻对R1 / R2和R4 / R3之间的匹配，需要额外的步骤来提供改善的CMRR。通过将此等式定义为CMRR的匹配，LT5400提供的精度优于电阻匹配率。例如，LT5400A保证：

将最坏情况下的CMRR提高到82dB。

电路的台架测试产生了50.7dB的CMRR（高电阻匹配）有限公差，电阻为1％，LT5400为86.6dB。在这种情况下，2.5V共模输入将使用1％厚膜电阻产生1.5mV的偏移，LT5400的偏移为23μV，因此适用于直流精度至关重要的18位ADC应用。

谐波失真

在为精密应用选择电阻时，谐波失真也很重要。电阻上的大信号电压可能会根据尺寸和材料显着改变电阻。这个问题出现在许多基于芯片的电阻器中，并且随着电阻器功率水平的增加自然会变得更加严重。表1比较了基于高功率驱动和类似功率驱动的厚膜，通孔和LT5400电阻的失真。结果表明，对于给定的信号，LT5400比其他电阻类型的信号失真要小得多。

稳定性

图3显示了LT5400中电阻之间的分布电容模型。为了在LT5400中实现高精度匹配和跟踪，许多小型SiCr电阻器串联和并联配置。由于复杂的交错，LT5400电阻可以建模为一系列无穷小电阻，在相邻段之间以及各个段与裸露焊盘之间具有寄生电容。相比之下，没有紧密布局的典型表面贴装电阻通常表现出明显更小的寄生电容。

当裸露焊盘接地时，可以减轻电阻器间电容的影响。然而，即使在裸露焊盘接地之后，该电容仍会通过形成总电阻乘以总电容的寄生极来影响电路稳定性。

由于过冲与相位裕度成反比，因此最小化步长响应过冲是确保电路稳定性的好方法。未补偿的LT5400配置显示27％，而0402配置的过冲为17％。然而，在两种配置中，实现8％过冲所需的补偿电容大致相同：与LT5400相比为18pF; 15pF，带0402电阻。通过几乎相同的补偿，两个电路显示出类似的稳定特性。

结论

精密放大器和ADC的实际性能通常难以实现，因为数据手册规格假设是理想的元件。精密匹配的电阻网络（例如LT5400提供的电阻网络）可实现精确匹配数量级，优于分立元件，确保精密IC满足数据手册规范。