運(yùn)算放大器電路的增益調(diào)整、EPOT應(yīng)用

時(shí)間:2019-03-01 ??來(lái)源:敏創(chuàng)電子??編輯:熱敏電阻廠家??瀏覽:次

一般在數(shù)字電位器的討論中，使用術(shù)語(yǔ)EPOT而不是數(shù)字電位器，EEPOT或E²POT。術(shù)語(yǔ)EPOT描述了敏創(chuàng)電子系列的易失性數(shù)字電位器，而其他術(shù)語(yǔ)描述了在幾種不同工藝之一上制造的各種非易失性和易失性器件。這些不同過(guò)程如何影響數(shù)字電位器性能的細(xì)節(jié)超出了本文的范圍。雖然下面給出的公式可以應(yīng)用于所有數(shù)字電位器電路，但有關(guān)額定電壓，電流額定值的特殊注意事項(xiàng)專門(mén)針對(duì)Maxim的EPOT器件。

即使設(shè)計(jì)人員需要遵守與半導(dǎo)體器件相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)約束（即絕對(duì)最大額定值），但在工作電路中使用時(shí)，工程師應(yīng)該記住EPOT特有的一些特性。

首先要記住的一點(diǎn)是，數(shù)字電位器的端到端或絕對(duì)電阻的容差通常規(guī)定為最大±25％至±30％。這主要是由于工藝變化，本文討論了處理此問(wèn)題的技術(shù)。

需要考慮的其他事項(xiàng)是EPOT的“刮水器”的特征。EPOT中的“擦拭器”實(shí)際上是一串CMOS開(kāi)關(guān)，并且將表現(xiàn)出典型的特性。擦拭器的重要規(guī)格包括其電阻，電阻的變化，其最大額定電流和溫度系數(shù)。例如，MAX5400的抽頭電阻規(guī)定為典型值250Ω，但最大值為800Ω。抽頭的絕對(duì)最大額定電流（以及EPOT中的其余電阻）為1mA。應(yīng)注意不要超過(guò)此額定電流，因?yàn)檫^(guò)大的電流會(huì)損壞設(shè)備。最后，擦拭器的溫度系數(shù)通常約為±300ppm /℃。

一個(gè)最終的EPOT考慮因素是它將如何在調(diào)整范圍的任何一個(gè)極端附近表現(xiàn)。例如，當(dāng)EPOT設(shè)置為其較高或較低設(shè)置之一時(shí)，ESD結(jié)構(gòu)（例如抽頭特性）可能開(kāi)始急劇影響性能。一般的經(jīng)驗(yàn)法則是嘗試將EPOT設(shè)置為滿量程的10％到90％之間。

通常，此處描述的原理適用于敏創(chuàng)電子系列中的所有EPOT。選擇256抽頭EPOT用于說(shuō)明目的。在內(nèi)部，EPOT被視為一串電阻器，CMOS開(kāi)關(guān)“敲擊”該串。在線性EPOT中，沿電阻串的間距是均勻的，在對(duì)數(shù)錐形EPOT中，間距是對(duì)數(shù)的。因此，具有給定數(shù)量（m）抽頭的EPOT具有少一個(gè)電阻器（m-1）。出于本文討論的目的，變量“n”表示EPOT的絕對(duì)設(shè)置（即0到31或0到255等等），“N”表示EPOT設(shè)置的比率到它的最大值（即0到1）。例如，在具有256個(gè)抽頭的線性錐形EPOT中，n = 89的設(shè)置將得到N = 0.3490，即89/255。“回覆” “EPOT”是指EPOT的總端到端電阻，因此EPOT可以被認(rèn)為是具有值N×Re和（1-N）×Re的2個(gè)電阻器。此外，增益方程在本文中顯示為變量“N”作為G（N）的函數(shù)。調(diào)整的總可用范圍顯示為G（0）<= G（N）<= G（1）或G（1）<= G（N）<= G（0），如果適用的話。

非反相配置

電路1是使用EPOT作為可變電阻器的非反相增益配置。在該電路中，擦拭器連接到EPOT的一側(cè)，有效地使器件的（1-N）×Re側(cè)短路。結(jié)果，反饋電流流過(guò)抽頭，EPOT的部分與N×Re相關(guān)。該電路相對(duì)于N具有良好的線性增益調(diào)整曲線，但EPOT的一些特性使該電路具有一些缺點(diǎn)。

圖1a。電路1。

一個(gè)缺點(diǎn)是因?yàn)榉答侂娏髁鬟^(guò)擦拭器，其電阻（以及電阻隨溫度的變化）以及其最大額定電流（通常約為1mA）可能限制該電路的應(yīng)用。另一個(gè)缺點(diǎn)是端到端電阻Re是增益等式的一部分，導(dǎo)致Re的±25％容差對(duì)增益貢獻(xiàn)高達(dá)±25％的變化。在數(shù)學(xué)上，Re對(duì)總增益的25％誤差的最大可能貢獻(xiàn)是25％。當(dāng)然，隨著增益方程中的Re / Ri項(xiàng)變得更小并且“1”項(xiàng)開(kāi)始主導(dǎo)增益，作為Re的容差的函數(shù)的誤差變得更小。

圖1b。電路1的增益，Re = 50k，Ri = 10k。

電路1適用于對(duì)成本敏感的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以承受總體增益的稍微松散的容差。與這里看到的許多電路一樣，這包括諸如音量或亮度控制的電路，其中用戶將根據(jù)個(gè)人喜好迭代地調(diào)整電路。另一個(gè)有用的應(yīng)用是自動(dòng)增益控制電路，其中數(shù)字或模擬自動(dòng)增益控制用于對(duì)系統(tǒng)輸出進(jìn)行增益補(bǔ)償。例如，APD電路可以使用數(shù)字或模擬自動(dòng)增益控制來(lái)高精度地控制光電二極管的偏置。在這樣的電路中，自動(dòng)增益控制技術(shù)將Re（在EPOT中）的容差從等式中取出。

電路2中示出了另一種可能的配置。這里，使用EPOT作為一種可變分壓器，抽頭連接到運(yùn)算放大器的高阻抗輸入端。通過(guò)將抽頭連接到此高阻輸入，流過(guò)抽頭的唯一電流將是運(yùn)算放大器的輸入偏置電流。該電流通常非常?。ㄍǔＴ趐A和uA之間），因此擦拭器的幾百Ω電阻的任何變化都可以忽略不計(jì)。

圖2a。電路2。

此外，增益方程頂部和底部的Re項(xiàng)抵消了N的函數(shù)。這樣就完全消除了端點(diǎn)到端電阻對(duì)增益方程的影響。

不幸的是，這個(gè)電路有一個(gè)很大的缺點(diǎn)。增益調(diào)整相對(duì)于N是非線性的。電路2的G（N）曲線如圖2所示。通過(guò)導(dǎo)出G（N）的斜率為G'（N）= 1 /（1-N））²，可以看出斜率也是N的函數(shù)，因此在N的選擇范圍內(nèi)甚至不是分段線性的。在反轉(zhuǎn)配置部分，有幾種方法可以使用這個(gè)電路并抵消其固有的非討論了線性度。

圖2b。電路2的G（N）。

電路2在許多針對(duì)電路1提到的相同系統(tǒng)中是有用的（即，音頻控制，亮度控制，AGC環(huán)路等）。除了在電路1中看到的應(yīng)用之外，缺乏對(duì)Re的依賴性和擦拭器的電阻使得這成為用于校準(zhǔn)調(diào)整的優(yōu)異電路。另請(qǐng)注意，在電路2中，增益步驟大致集中在1到2之間，但仍然可以獲得更高的增益。雖然很少見(jiàn)，但某些校準(zhǔn)應(yīng)用可能需要一段高增益，然后是一段非常精細(xì)調(diào)整的低增益。一個(gè)例子可能是測(cè)量血壓袖帶中的氣壓。在這樣的系統(tǒng)中，當(dāng)啟動(dòng)充氣時(shí)，壓力非常低并且測(cè)量主要用于檢測(cè)故障（高增益）。一旦袖帶完全充氣，測(cè)量結(jié)果用于檢測(cè)袖帶壓力與時(shí)間的微小變化。使用電路2的AGC回路可用于在血壓測(cè)量期間優(yōu)化ADC動(dòng)態(tài)范圍。校準(zhǔn)在生產(chǎn)時(shí)完成，以補(bǔ)償機(jī)械和傳感器偏差。

反轉(zhuǎn)配置

非反相配置中使用的原理也可以應(yīng)用于反相運(yùn)算放大器電路。在電路3中，增益僅僅是輸入電阻上反饋路徑中的視在電阻。

圖3a。電路3。

該電路具有作為N的函數(shù)的線性增益調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)，如圖3b所示。

圖3b。電路3的G（N），Re = 50k，Ri = 10k。

該電路具有與電路1中相同的缺點(diǎn)。由于增益方程略有不同，它對(duì)Re的容差的依賴性略有不同。當(dāng)Re的公差變化時(shí)，增益將變化±25％。該電路在反相應(yīng)用中非常有用，類似于已經(jīng)提到的電路1和2。

就像電路2一樣，電路4不易受到電路1和3所述的缺點(diǎn)的影響。由于頂部和底部的Re項(xiàng)從增益方程中相互抵消，因此增益僅取決于N.因此，誤差絕對(duì)電阻中的電阻在電路4中被有效地抵消，使其對(duì)于具有對(duì)端到端電阻具有寬容差的EPOT的吸引力。此外，運(yùn)算放大器的輸入偏置電流通常在pA至uA的范圍內(nèi)。由于流過(guò)它的電流很小，因此雨刮器的電阻，溫度漂移和最大電流規(guī)格不會(huì)成為該電路的一個(gè)因素。

圖4a。電路4。

該電路的增益如圖4b所示。該電路具有與電路2相同的缺點(diǎn)，其增益調(diào)整在整個(gè)N范圍內(nèi)將是非線性的。這種固有的非線性增益調(diào)整不會(huì)妨礙它的使用。該電路非常適合在與電路2相同的應(yīng)用中需要反相放大器的情況。例如，這可能非常適合用戶反饋的應(yīng)用，例如音量控制或顯示亮度控制電路以及校準(zhǔn)電路或AGC電路。