使用rejustor和精密儀表放大器支持高增益應用

摘要：本文介紹了如何使用一個(gè)零漂移精密儀表放大器，一對rejustor (電動(dòng)可調無(wú)源電阻)和增益設置電阻實(shí)現高精度增益設計的方法。文中以精密儀表放大器MAX4208為例，介紹了應用實(shí)例及結果。

概述

儀表放大器被廣泛用于各種應用。當儀表放大器連接到微弱差分信號輸出的傳感器時(shí)，儀表放大器需要提供高增益，而且要求高精度增益，并維持非常低的失調電壓。在某些條件下，傳感器輸出的差分信號只有幾個(gè)mV，而放大器增益需要高達1,000倍。

一些儀表放大器內置增益調節電阻并有幾個(gè)固定增益設置可供選擇。但對設計靈活性要求較高，同時(shí)被放大的傳感器信號必須與模/數轉換器的滿(mǎn)量程相匹配時(shí)，設計人員更喜歡使用那些通過(guò)調節外部分壓電阻來(lái)設置增益的儀表放大器。這種情況下，需要注意：即使是最精確的儀表放大器也會(huì )因為外部增益設置電阻的誤差而影響放大器的性能。

本文介紹如何使用一個(gè)零漂移精密儀表放大器、一對rejustor和增益設置電阻實(shí)現高精度的應用設計。

增益可調儀表放大器

MAX4208是一款超低失調/漂移的精密儀表放大器。該器件采用所謂的間接電流反饋創(chuàng )新架構，配置成一對跨導放大器(圖1)和高增益模塊，由兩個(gè)外置電阻提供負反饋。放大器的輸出與差分輸入的關(guān)系由如下式確定：

VOUT = VIN × (1 + R2/R1)

其中，VIN = VIN+ - VIN-

這兩個(gè)跨導放大器從它們的差分輸入電壓生成輸出電流，并抑制共模輸入信號。負反饋確保兩個(gè)差分輸入相等。


圖1. MAX4208功能框圖

在整個(gè)溫度范圍內能夠保持極高精度電阻是外部電阻的最佳選擇，但只能找到某些阻值的這一等級的電阻。因此，這樣的兩個(gè)電阻組合在一起，其阻值不一定恰好達到所要求的設定增益。此外，即使電阻可以實(shí)現準確的設定增益，其它電路的非線(xiàn)性或不匹配也可能引起實(shí)際增益與理論值的偏差。由此可見(jiàn)，實(shí)現高增益精度切實(shí)可行的方案是使用可調電阻。

MAX4208的超低增益誤差(+25°C時(shí)，典型值為±0.05%，最大值為±0.25%)會(huì )因為外部電阻誤差的影響而變差。因此，為了充分利用儀表放大器的精度，應選擇精度為0.25%或更高精度的外置電阻。然而，0.25%精度的電阻價(jià)格可能高于放大器本身的價(jià)格。

上述非可調電阻的問(wèn)題(阻值不連續、電阻精度誤差較大)可以通過(guò)選擇rejustor (電動(dòng)“調節”電阻)解決。

Rejustor

Microbridge®推出的Rejustor™元件是一款與VLSI和MEMS兼容的電動(dòng)調節無(wú)源微電阻。它的非易失性意味著(zhù)它不需要供電就能夠保存其設定值?？梢赃M(jìn)行雙向、多次高精度調節(例如：0.1%至0.002%，取決于很多因素)。只需通過(guò)使用電信號加熱的方式，就可以調節多晶硅電阻的晶體結構，因而改變其電阻值。一旦調節完成，晶體結構會(huì )保持穩定，直到再次被加熱使其阻值發(fā)生變化。rejustor還可與其它rejustor進(jìn)行溫度系數匹配。此外，通過(guò)使用電信號，rejustor也能用來(lái)補償其它模擬電路器件的失調和溫度系數的變化。所有調節都可在封裝前或封裝后，在低電壓、低電流條件下完成。

Microbridge有一項稱(chēng)為eTC Rejustor的改進(jìn)技術(shù)。它是一套針對封裝后的溫度條件，實(shí)現無(wú)源、全模擬、電動(dòng)調節溫度系數的解決方案。使用eTC Rejustor，每個(gè)電阻的阻值和電阻溫度系數(TCR)都能分別調整到目標值。大大提高了解決與溫度相關(guān)的各種問(wèn)題的靈活性。例如，對放大器失調和溫度系數(TC)失調，可對其進(jìn)行連續調節。該調節可以在電路板完成組裝之后進(jìn)行。因此，工程師可以一直等到設計中所有其它的參數變化和溫度敏感程度都彰顯之后，再進(jìn)行最后的測試，一并補償各項累積變化和誤差。

Rejustor值可以至少在出廠(chǎng)設定值的30%范圍內進(jìn)行調節。