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通过运算放大器来实现ppm精度能否成为一种解决
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工业和医疗设计推动产品的精度和速度日益提高。模拟集成电路行业总体能够跟上速度的发展要求,但在精度要求上却有所不足。许多系统都竞相迈入1 ppm精度之列,特别是如今,1 ppm的线性adc日益普遍。本文将介绍运算放大器的精度局限性,以及如何选择为数不多的有可能达到1 ppm精度的运算放大器。另外,我们还将介绍一些针对现有运算放大器局限性的应用改善。

精度(accuracy)与数值相关:系统特性与绝对真实数值之间的差距。精密(precision)是以数字形式表示的数值深度。在本文中,我们将使用精度一词,它包括噪声、偏移、增益误差和非线性度等系统测量的所有限制。许多运算放大器的某些误差在ppm量级,但没有个运算放大器的所有误差都达到了ppm量级。

例如,斩波放大器可提供ppm级的失调电压、直流线性度和低频噪声,但它们的输入偏置电流和频率线性度存在问题。双极性放大器具有低宽带噪声和良好的线性度,但其输入电流仍可能导致内部电路误差(对于内部电路,我们将使用“应用”一词)。mos放大器具有出色的偏置电流,但通常在低频噪声和线性度领域存在缺陷。

在本文中,我们将在转换函数中使用大致相当于1 ppm的非线性度表现谐波失真的–120 dbc失真。

让我们来看看非高线性度的放大器类型。线性度最低的类型即所谓的视频或线路驱动器放大器。这些都是直流精度不太好的宽带放大器:偏移达几毫伏,偏置电流在1 µa至50 µa范围内,并且1/f噪声性能通常较差。理想的直流精度在0.3%至0.1%之间,但交流失真可以介于–55 dbc至–90 dbc(线性度:2000 ppm至30 ppm)之间。

下一项分类是传统经典运放设计,例如op-07,可能具有高增益、cmrr、psrr以及良好的失调电压和噪声性能,但其失真却无法优于–100 dbc,特别是在达到1 kω或更高负载的情况之下。然后,还有一些或新或旧的廉价放大器,其失真在负载超过10 kω的情况下都无法优于–100 dbc。

此外,还有音频放大器类运算放大器。它们相当实惠,且失真表现可能非常好。但是,它们的设计不合适且不能提供良好的失调电压和1/f噪声性能。此外,他们的失真或许在大于10 khz后也不能变的更好了。

有些运算放大器旨在支持mhz信号的线性度。它们通常为双极性,并具备较大的输入偏置电流和1/f噪声。在该应用领域,运算放大器更多追求的是–80 dbc至–100 dbc程度的性能,实现ppm性能不太现实。无论宽带及压摆率多大,电流反馈放大器也不能支持深线性度,甚至是适度的精度。它们的输入级有很多误差源,并且增益、输入和电源抑制性能都不高。电流反馈放大器还具有热漂移效应,会大幅拓展正常的建立时间。

然后,我们拥有现代的通用型放大器。它们一般具备1 mv的偏移和微伏级1/f噪声。支持–100 dbc失真,但在高负载时通常无法实现。遗憾的是,商用型ppm精度放大器难以找到(如果可以找到)。市场上存在ppm线性放大器,但必须注意这些放大器的输入电流,它们可能会通过电路中的应用阻抗产生失真。

这些阻抗可以降低,但在反馈中驱动它们会导致运算放大器输入端产生失真的风险。在特别低的输入电流和变动环境下使用运算放大器,可以通过调整电路中的应用阻抗以使运算放大器获得最佳失真,但这样会增加系统噪声。要达到ppm级线性度和噪声,需要认真挑选运算放大器并优化应用电路。

作者:未知 点击:76次 [打印] [关闭] [返回顶部]
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