ZHCAEO4 November 2024 OPA186 , OPA206 , OPA210 , OPA2210 , OPA328 , OPA391 , OPA928

5 V_OS、IB 和增益误差校准

校准是测量系统以了解误差源并以数学方式校正误差的过程。在许多情况下，微控制器（校准系数存储在本地 EEPROM 中）会执行数学校正。发现的误差对于每个产品通常是唯一的，因此每个产品都需要单独校准。对于放大器，校准可以更大限度地减小失调电压和增益误差。对于放大器，增益误差主要由电阻器容差导致。电阻器的阻值相对于标称值的任何偏差都会引入增益误差。

图 5-1 展示了一个简单的同相运算放大器电路及其相关的直流传输特性。要校准该电路的增益和失调电压，需要在输入端施加两个精密测试信号。通常，完整的系统校准包括误差源、多个放大器级以及模数转换器，但可以使用该简单示例中给出的相同方法。两个校准测试信号需要位于传递函数的线性部分，否则计算得出的增益和失调电压误差不正确。在该示例中，0V 输入信号不是可接受的校准信号，因为由于 0V 输入信号的输出摆幅限制，放大器是非线性的。该示例使用 0.25V 和 2.25V 的输入信号来实现 0.5V 至 4.5V 的理想输出范围。校准信号必须非常精确且噪声很低，这一点也很重要。在非线性区域进行校准或使用噪声校准信号实际上会引入额外的误差，而不是校正系统固有误差。有关确定放大器线性范围的详细信息，请参阅运算放大器输入和输出摆幅限制。

方程式 36展示了线性系统校准中使用的一般直线方程。方程式 37 和方程式 38 展示了增益和失调电压校准系数的计算。增益的理想值为 2.0V/V，但由于电阻器容差，测得的值为 2.00088V/V。此外，理想失调电压应为 0V，但计算出的失调电压为 31.25µV。方程式 39 展示了如何使用校准系数来校正增益和失调电压误差，从而确定更准确的 V_IN 值。该方法可用于校正放大器线性范围中的任何信号。该示例的仿真结果表明，当输出为 2.5V 时，输入为 1.2494V。对于 2.5V 输出，1.25V 的电路输入（G = 2V/V，V_OS = 0V）是最佳的。校准计算消除了增益和失调电压误差，从而为输入信号确定了更准确的值。

总体而言，校准是更大限度地减小增益和失调电压误差源的有效方法。但是，校准温度漂移以及 PSRR 和 CMRR 等影响都颇具挑战性。通过选择低误差精密放大器和低漂移精密电阻器网络（而不是通过校准），通常可以更大限度地降低温度漂移和其他间接影响。斩波放大器（例如 OPA182）在低微伏级具有最大 V_OS（对于 OPA182，V_OSMax = ±4µV，V_OSDrift = ±0.012µV/°C）。RES11 等电阻器网络可用于更大限度地减小增益误差和漂移（对于 RES11，增益误差 = ±0.05%，增益漂移 = ±2ppm/°C）。校准的成本可能很高，因为它会增加最终产品的制造测试时间并且需要精确的校准源。

方程式 36.

V_{O U T} = G {∙ V}_{I N} + V_{O f f s e t}

方程式 37.

G = \frac{V_{O U T 2} - V_{O U T 1}}{V_{I N 2} - V_{I N 1}} = \frac{4.502 - 0.50025}{2.25 - 0.25} = 2.00088 V / V

方程式 38.

V_{O f f s e t} = V_{O U T 1} - G ∙ V_{I N 1} = 0.50025 - 2.00088 ∙ 0.25 = 31.25 μ V

方程式 39.

V_{I N} = \frac{V_{O U T} - V_{O f f s e t}}{G} = \frac{2.5 V - 31.25 μ V}{2.00088 V / V} = 1.2494 V

图 5-1 用于校准的运算放大器直流传输特性

5 VOS、IB 和增益误差校准

5 V_OS、IB 和增益误差校准