ZHCS230B August   2014  – February 2024 THS4541

PRODUCTION DATA  

  1.   1
  2. 1 特性
  3. 2 应用
  4. 3 说明
  5. 4 器件比较表
  6. 5 引脚配置和功能
  7. 6 规格
    1. 6.1 绝对最大额定值
    2. 6.2 ESD 等级
    3. 6.3 建议的操作条件
    4. 6.4 热性能信息
    5. 6.5 电气特性：(Vs+) – Vs– = 5V
    6. 6.6 电气特性：(Vs+) – Vs– = 3V
    7. 6.7 典型特性：5V 单电源
    8. 6.8 典型特性：3V 单电源
    9. 6.9 典型特性：3V 至 5V 电源电压范围
  8. 7 参数测量信息
    1. 7.1 示例特性表征电路
    2. 7.2 频率响应波形因素
    3. 7.3 I/O 余量注意事项
    4. 7.4 输出直流误差和漂移计算以及电阻器不平衡的影响
    5. 7.5 噪声分析
    6. 7.6 影响谐波失真的因素
    7. 7.7 驱动电容性负载
    8. 7.8 热分析
  9. 8 详细说明
    1. 8.1 概述
      1. 8.1.1 术语和应用假设
    2. 8.2 功能方框图
    3. 8.3 特性说明
      1. 8.3.1 差分 I/O
      2. 8.3.2 断电控制引脚 (PD)
        1. 8.3.2.1 运行电源关断功能
      3. 8.3.3 输入过驱运行
    4. 8.4 器件功能模式
      1. 8.4.1 从单端电源至差分输出的运行
        1. 8.4.1.1 单端输入至差分输出转换的交流耦合信号路径注意事项
        2. 8.4.1.2 单端至差分转换的直流耦合输入信号路径注意事项
        3. 8.4.1.3 FDA 单端转差分配置的电阻器设计公式
        4. 8.4.1.4 单端转差分 FDA 配置的输入阻抗
      2. 8.4.2 差分输入至差分输出运行
        1. 8.4.2.1 交流耦合、差分输入至差分输出设计问题
        2. 8.4.2.2 直流耦合、差分输入至差分输出设计问题
  10. 9 应用和实施
    1. 9.1 应用信息
    2. 9.2 典型应用
      1. 9.2.1 设计衰减器
        1. 9.2.1.1 设计要求
        2. 9.2.1.2 详细设计过程
        3. 9.2.1.3 应用曲线
      2. 9.2.2 连接到高性能 ADC
        1. 9.2.2.1 设计要求
        2. 9.2.2.2 详细设计过程
        3. 9.2.2.3 应用曲线
    3. 9.3 电源相关建议
    4. 9.4 布局
      1. 9.4.1 布局指南
      2. 9.4.2 布局示例
  11. 10器件和文档支持
    1. 10.1 器件支持
      1. 10.1.1 开发支持
        1. 10.1.1.1 TINA 仿真模型特性
    2. 10.2 文档支持
      1. 10.2.1 相关文档
    3. 10.3 接收文档更新通知
    4. 10.4 支持资源
    5. 10.5 商标
    6. 10.6 静电放电警告
    7. 10.7 术语表
  12. 11修订历史记录
  13. 12机械、封装和可订购信息

封装选项

机械数据 (封装 | 引脚)
散热焊盘机械数据 (封装 | 引脚)
订购信息

7.4 输出直流误差和漂移计算以及电阻器不平衡的影响

THS4541 在整个 –40°C 至 +125°C 工作范围内提供经调整的输入失调电压和极低的温漂。该失调电压与其他几个误差贡献项相结合，产生一个初始的 25°C 差分失调误差范围，然后是温度漂移。对于每个误差项，必须为该项分配一个增益。对于该分析，仅考虑直流耦合信号路径。一个新的输出误差来源（相对于典型的运算放大器分析）来自于不匹配的电阻器值和比率可能对 FDA 两侧产生的影响。任何共模电压或漂移都会通过外部反馈和增益设置电阻器容差以及标准值的近似值引起的轻微失配而产生差分输出误差。

误差项（25°C 和漂移）以及输出差分电压的增益包括：

  • 输入失调电压 - 该电压的增益等于噪声增益或 1 + Rf/Rg，其中 Rg 是从输入引脚返回源或直流基准（通常为接地）的总直流阻抗。
  • 输入失调电流 - 该电流通过平均反馈电阻器值对差分输出有增益。

其余项来自绝对反馈电阻器失配和 FDA 每一侧分压比失配的假设范围。这些电阻器失配项中的第一项是由于 Rf 失配而产生差分输出偏移的输入偏置电流。为简单起见，Rf 和 Rg 的上限值称为 Rf1 和 Rg1，其比率为 Rf1/Rg1 ≡ G1。较低的元件定义为 Rf2 和 Rg2，其比率为 Rf2/Rg2 ≡ G2。为了计算最坏情况的贡献，设计电阻器容差的最大变化用于绝对和比率失配。例如，采用容差为 ±1% 的电阻器，最坏情况下的 G1 比标称值高 2%，G2 比标称值低 2%，最坏情况下的 Rf 值失配也为 2%。对于在单端至差分级上具有 Rt 和 Rg1 的匹配阻抗设计，标准值近似会在初始反馈比率中施加一个固定的失配，而电阻器容差会在该初始比率失配上增加一个失配。将选定的外部电阻器容差定义为 ±T（因此对于容差为 1% 的电阻器，T = 0.01）。

  • 偏置电流误差的总增益为 ±2 × T × Rfnom

如果两个反馈比 G1 和 G2 不相等，任何产生输出共模电平或温度偏移的因素也会产生输出差分误差项。试图在输出共模中产生偏移的错误会被共模控制环路覆盖，其中任何反馈比不匹配都会在 Vocm 输出周围产生平衡的差分误差。

从共模项和反馈比失配中产生差分误差的项包括所需的 Vocm 电压、任何源共模电压、基准偏置到 Vocm 控制引脚的任何漂移，以及任何内部偏移和漂移 Vocm 控制路径。

仅考虑输出共模控制和源共模电压 (Vicm)，使用方程式 4 完成到输出差分偏移的转换：

方程式 4. GUID-9C717E58-61E0-4AC7-B266-2C3B7C09DCCB-low.gif

在忽略由于标准值近似而导致的任何 G1 和 G2 不匹配的情况下，可以根据标称 Rf/Rg ≡ G 和容差 T 来修改这两项的转换增益，如方程式 5 所示。随着 G 增加，该转换增益接近 4T，这是这些项输出差分偏移的最坏情况增益。

方程式 5. GUID-5B37558A-6D17-41A8-9765-79BD1EA73C73-low.gif

差分输出误差的转换增益适用于两个误差项：Vocm（假设输入控制引脚被驱动且不悬空）和源 Vicm 电压。在本例中，假设源共模电压为 0V。如果不是该值，则将此增益应用于预期应用中的源共模值或范围。

作为使用这些项来估计最坏情况输出 25°C 误差带和最坏情况漂移（通过将所有误差项独立相加）的完整示例，使用图 7-3 的 2V/V 增益配置，Rf = 402Ω，并假设电阻器容差为 ±1%，采用图 7-9 中使用的标准值。

GUID-60DA9A39-F3FA-4ACD-80D2-967DBEB2F50A-low.gif 图 7-9 直流耦合增益为 2，Rf = 402Ω，单端至差分匹配输入 50Ω 阻抗

信号输入侧的标准值近似实际上会产生额外的 G 失配以及电阻器容差。对于图 7-9，G2 = 402/221 = 1.819；并且 G1 = 402/218.3 = 1.837 标称值，如果使用 1% 的电阻器，则 G2 和 G1 的该初始失配容差为 ±2%。

使用最大 25°C 误差项和 Vocm 控制引脚的标称 2.5V 输入，可以得到表 7-3，其中包含误差项、输出差分误差 (Vod) 的增益以及 25°C 下的总输出误差范围。

表 7-3 最坏情况下的输出 Vod 误差范围
误差项 25°C 最大值 Vod 增益 输出误差
输入 Vio ±0.45 mV 2.85 V/V ±1.2825 mV
输入 Ios ±0.5µA 402Ω ±0.201 mV
输入 Ibcm，Rf 失配 13µA ±8.04Ω ±0.105 mV
Vocm 输入，G 失配 2.5V ±0.0322 ±80.5 mV
总计 ±82.09 mV

G 比率不匹配的 0.03222 转换增益是最坏的情况，从最初较高的 G1 值开始，因为标准值近似，并且对该比率的 Rf 和 Rg 元素使用 ±1% 的容差。实际的 Vocm 转换增益范围不是对称的，但在此处以该方式显示。最初的 25°C 最坏情况误差范围主要由通过反馈电阻比失配将 Vocm 转换为 Vod 决定。改进该 G 匹配和容差以减小此项。

通常，输出 Vod 中的预期漂移比初始误差范围更令人感兴趣。表 7-4 显示了这些项和总和结果，独立添加所有项以获得最坏情况漂移。

表 7-4 最坏情况下的输出 Vod 漂移范围
误差项 漂移最大值 Vod 增益 输出误差
输入 Vio ±2.4µV/°C 2.85 V/V ±6.84µV/°C
输入 Ios ±1.3nA/°C 402Ω ±0.522µV/°C
输入 Ibcm，Rf 失配 15nA/°C ±8.04Ω ±0.121µV/°C
Vocm 输入，G 失配 ±12µV/°C ±0.0322 ±0.386µV/°C
总计 ±7.86µV/°C

在该计算中，输出差分失调漂移主要取决于输入失调电压漂移。对于最后一项，Vocm 路径的漂移仅针对共模路径的内部偏移漂移。确保还考虑 Vocm 输入源上增加的外部漂移。

THS4541 的绝对精度和漂移非常好。不匹配的电阻器反馈比与 Vocm 控制输入中的高漂移相结合，实际上可以主导输出 Vod 漂移。在输出差分精度比输入匹配精度更重要的情况下，考虑匹配两个输入侧的网络以实现改进的标称 G1 到 G2 匹配。在该使用 402Ω 反馈值的示例设计中，输入偏置电流误差项的增益相对较低。较高的 Rf 值可使这些项获得更大的增益。表 7-4 显示了一个不太保守的输出漂移估计，该估计认为这些项不相关，为每个项最坏情况范围的一半 (RMS)。通过对本示例执行该计算，可以估计不太保守的输出失调漂移为 ±3.42µV/°C；本质上，是输入失调漂移项最坏情况范围的一半。按照以下步骤估算任何外部配置的输出差分偏移和漂移。