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零漂移精密儀表放大器，一對rejustor (電動可調無源電阻)和增益設置電阻實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，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(jié)電阻并有幾個固定增益設置可供選擇。但對設計靈活性要求較高，同時被放大的傳感器信號必須與模/數轉換器的滿量程相匹配時，設計人員更喜歡使用那些通過調節(jié)外部分壓電阻來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零漂移精密儀表放大器、一對rejustor和增益設置電阻實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，由兩個外置電阻提供負反饋。放大器的輸出與差分輸入的關系由如下式確定：

VOUT = VIN × (1 + R2/R1)

其中，VIN = VIN+ - VIN-

這兩個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。負反饋確保兩個差分輸入相等。


圖1. MAX4208功能框圖

在整個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，即使電阻可以實現準確的設定增益，其它電路的非線性或不匹配也可能引起實際增益與理論值的偏差。由此可見，實現高增益精度切實可行的方案是使用可調電阻。

MAX4208的超低增益誤差(+25°C時，典型值為±0.05%，最大值為±0.25%)會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%精度的電阻價格可能高于放大器本身的價格。

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

Rejustor

Microbridge®推出的Rejustor™元件是一款與VLSI和MEMS兼容的電動調節(jié)無源微電阻。它的非易失性意味著它不需要供電就能夠保存其設定值?？梢赃M行雙向、多次高精度調節(jié)(例如：0.1%至0.002%，取決于很多因素)。只需通過使用電信號加熱的方式，就可以調節(jié)多晶硅電阻的晶體結構，因而改變其電阻值。一旦調節(jié)完成，晶體結構會保持穩(wěn)定，直到再次被加熱使其阻值發(fā)生變化。rejustor還可與其它rejustor進行溫度系數匹配。此外，通過使用電信號，rejustor也能用來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(jié)都可在封裝前或封裝后，在低電壓、低電流條件下完成。

Microbridge有一項稱為eTC Rejustor的改進技術。它是一套針對封裝后的溫度條件，實現無源、全模擬、電動調節(jié)溫度系數的解決方案。使用eTC Rejustor，每個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的各種問題的靈活性。例如，對放大器失調和溫度系數(TC)失調，可對其進行連續(xù)調節(jié)。該調節(jié)可以在電路板完成組裝之后進行。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值可以至少在出廠設定值的30%范圍內進行調節(jié)。