工程師設(shè)計(jì)分析:影響電流檢測(cè)精確度的幾種規(guī)
CMRR可影響電流檢測(cè)解決方案的精確度。它是器件共模信號(hào)抑制能力的度量標(biāo)準(zhǔn)。這很重要,因?yàn)楣材P盘?hào)會(huì)以差動(dòng)信號(hào)的形式出現(xiàn)在器件中,從而降低解決方案的精確度。
CMRR通常在產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中以線性刻度(μV/V)或者對(duì)數(shù)刻度(dB)單位表明。如果單位是dB,則極端值為最小值。如果單位為μV/V,則極端值為最大值。
要想計(jì)算器件CMRR規(guī)范產(chǎn)生的誤差,我們需要:產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)列出的極端CMRR規(guī)范、產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)規(guī)范表的共模電壓測(cè)試條件(Vcm-pds)以及系統(tǒng)的共模電壓(Vcm-sys)。
例如,假設(shè)系統(tǒng)共模電壓為50V (Vcm-sys),并且分流器電壓標(biāo)稱為 5mV。我們使用INA170計(jì)算誤差,其極端CMRR規(guī)范為100dB (min),Vcm-pds=12V。
由于規(guī)范單位為dB,我們需要將其轉(zhuǎn)換為線性刻度,如方程式4所示。
eq4
現(xiàn)在,我們來(lái)計(jì)算誤差,如方程式5所示。
eq5
想要降低CMRR帶來(lái)的誤差貢獻(xiàn)值,我們有兩種方法:增加分流器電壓,或者選擇一個(gè)擁有更好CMRR性能的器件。改變Vcm-sys通常并非為一種可行的方法,因?yàn)榫唧w應(yīng)用決定了它的大小。
這樣處理CMRR的目的是,讓讀者能夠迅速和有效地理解其如何影響測(cè)量的精確度[1, 3, 4]。
電源抑制比
PSRR是電源電壓變化引起Vos變化程度的一種測(cè)量方法。PSRR所產(chǎn)生誤差的計(jì)算方法與CMRR類似。
要想計(jì)算器件PSRR規(guī)范所產(chǎn)生的誤差,我們需要:產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的極端PSRR規(guī)范、產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)規(guī)范表的電源電壓測(cè)試條件(Vs-pds)以及在系統(tǒng)中為器件供電的電源電壓(Vs-sys)。
例如,INA170的極端PSRR規(guī)范為10μV/V(最大),且Vs-pds=5V。如果器件實(shí)際電源電壓為30V (Vs-sys),則PSRR所產(chǎn)生的誤差可以利用方程式6計(jì)算得到。就前面的幾個(gè)例子而言,我們假設(shè)分流器電壓為5mV。
eq6
要想降低PSRR帶來(lái)的誤差貢獻(xiàn)值,我們有兩種方法可以使用:增加分流器電壓,或者選擇一個(gè)PSRR性能更高的器件。改變Vcm-sys通常并非為一種可行的方法,因?yàn)榫唧w應(yīng)用決定了它的大小。
本例中,PSRR單位已經(jīng)指定為μV/V。如果該值單位指定為dB,則在使用方程式6以前必須將其轉(zhuǎn)換為線性刻度。
其他誤差
一些規(guī)范,例如:增益誤差和分流電阻器容差等,通常會(huì)以百分比的形式出現(xiàn)。這使得精確度計(jì)算更加簡(jiǎn)單。
表1還列出了Vos漂移和變化。輸入補(bǔ)償電壓漂移可測(cè)量溫度變化帶來(lái)的Vos變化。這種規(guī)范一般為:
但是,輸入補(bǔ)償電壓變化則并不那么簡(jiǎn)單。輸入補(bǔ)償電壓變化測(cè)量的是時(shí)間變化帶來(lái)的Vos 變化情況。我們通常可以在產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中看到這種規(guī)范,并且其僅為估計(jì)值。準(zhǔn)確估計(jì)這種變化的一種方法是,知道10年內(nèi)器件Vos的變化,不會(huì)大于器件的最大Vos規(guī)范。這種變化是器件初始Vos規(guī)范之外的變化。
綜合計(jì)算
如前所述,綜合誤差的各個(gè)方面,便可知道系統(tǒng)的總體精度。只需將每一項(xiàng)相加,便得到極端誤差,而以RSS方式將它們結(jié)合起來(lái)就得到一個(gè)更加準(zhǔn)確的結(jié)果。
就本文所列舉的Vos、CMRR和PSRR例子而言,極端精確度為67.4%,如方程式7所示。
eq7
使用RSS方式綜合各個(gè)誤差,得到更準(zhǔn)確的精確度為78.03%,如方程式8所示。
eq8
總結(jié)
本文介紹了電流檢測(cè)精確度概念,它與Vos、CMRR和PSRR等規(guī)范有關(guān)。文中所舉例子,說(shuō)明了在某個(gè)具體應(yīng)用中如何計(jì)算這些規(guī)范所產(chǎn)生的誤差。另外,我們還簡(jiǎn)單介紹了如增益誤差、分流器容差和Vos漂移與變化等其他誤差。
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評(píng)論