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。
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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。
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