ZHCAEQ8 July   2024 FDC1004 , FDC1004-Q1

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 引言
  5. CSA 和输入偏置级
  6. CSA 和增益误差因子
  7. 电流检测放大器输入引脚处电阻的应用
    1. 4.1 输入电阻设计注意事项
  8. 电流检测放大器基准引脚处输入电阻的应用
    1. 5.1 双向 CSA 和应用
    2. 5.2 使用高电阻源电压驱动 CSA 基准引脚
    3. 5.3 参考引脚处的输入电阻设计注意事项
  9. CSA 外部输入电阻的设计过程和误差计算
    1. 6.1 计算带 110Ω 输入电阻的 INA185A4 的 eEXT
  10. 电容耦合电流检测放大器上输入电阻的设计过程
    1. 7.1 对电容耦合电流检测放大器的输入 eEXT 进行基准验证
  11. CSA 基准引脚输入电阻的设计过程
  12. INA185 在整个温度范围内的输入电阻误差测试
    1. 9.1 原理图
    2. 9.2 方法
    3. 9.3 理论模型
    4. 9.4 带 110Ω 输入电阻的 INA185A4 的数据
      1. 9.4.1 数据计算
    5. 9.5 分析
  13. 10INA191 在整个温度范围内的输入电阻误差测试
    1. 10.1 原理图
    2. 10.2 方法
    3. 10.3 理论模型
    4. 10.4 带 2.2kΩ 输入电阻的 INA191A4 的数据
      1. 10.4.1 数据分析
    5. 10.5 分析
  14. 11单级电流检测放大器 (CSA) 的 VOS, EXT 推导过程
  15. 12总结
  16. 13参考资料

CSA 外部输入电阻的设计过程和误差计算

使用单级差分 CSA 并确定输入外部电阻误差时,请按照以下过程操作。

  1. 确定系统的最高和最低环境温度,并根据方程式 6 确定最坏情况下与标准 25°C 测试条件 (ΔTA, MAX) 相比的温度变化。
  2. 使用数据表信息确定 CSA 第一级的内部电阻的典型值(或标称值)(RBIAS、RINT 和 RFB)。
    1. 请注意,典型工艺值假定 TA = 25°C 并且 PV = 0%
  3. 另外还确定偏置导通电流 (IB, CM ON) 和输入失调电流 (IOS) 的值。
    1. IB, CM ON 可通过计算 IB, CM 的垂直偏移来确定,如图 2-2 所示。
    2. 假设该值在 ±20% 范围内变化,这是一个保守近似值。
  4. 使用方程式 8方程式 3,计算新的典型衰减增益 (GainTOTAL, typical),假定 RBIAS、RINT 和 RFB 的典型工艺变化 (PV = 0%)、REXT 的标称容差 (eREXT = 0%) 和标称器件增益误差 (EG = 0%)。
    1. 注意:GEF 的公式通常在数据表中提供。
  5. 使用方程式 7方程式 9 计算所有电阻器在最坏情况下的最大和最小电阻值。
    1. 请注意,任何内部电阻(例如 RFB)的容差误差都是工艺变化 (PV) 值。此外,任何内部电阻的温度系数 (TC) 都是工艺值的温度系数 (PV_TC)。
    2. 请注意,对于方程式 9 的 RINT 计算,结合最大器件的内部增益误差 (EG, MAX),可以产生非常保守的总增益误差近似值。然而,考虑到电阻匹配 (EG) 和电阻容差 (PV) 在统计上是独立的,因此只是让 EG = 0%,但在最终的和方根误差计算过程中添加 EG, MAX 也是公平的。 E G ,   T o t a l   =   E G , M A X 2   +   E G , E X T 2
      1. 为了简单地计算由外部电阻器 (EG, EXT) 引起的增益误差,为方程式 9 设置 EG = 0%。
  6. 使用方程式 18 中的一组公式,计算 25° (ΔTA = 0°) 下的总最大(正)增益 (GainMAX) 和最小(负)增益 (GainMIN),其中注明了方程式 8 的输入和条件。

    1. 在以下情况下会出现最大增益:
      1. RBIAS、RINT 和 RFB 是最大(正)容差和漂移
      2. REXT 为最小(负)容差和漂移
    2. 在以下情况下会出现最小增益:
      1. RBIAS、RINT 和 RFB 是最小(负)容差和漂移
      2. REXT 为最大(正)容差和漂移
  7. 使用方程式 11 中的一组公式,相对于步骤 4 中确定的新衰减分流电压增益 计算 25°C 下的新最大和最小增益误差。
  8. 使用方程式 18 中的一组公式计算最大温度摆幅 (ΔTA = ΔTA, MAX) 下的最大和最小增益(GainTotal, MAX 和 GainTotal, MIN)。
    1. 使用方程式 11 计算相对于 GainTotal, typical 的增益误差
  9. 使用公式方程式 12 计算增益误差漂移 EG, EXT drift,以百万分率/摄氏度 (ppm/°C) 为单位。
    1. 请注意,在工艺变化期间,增益误差漂移不能保持恒定。
    2. 请注意,这些公式可以使用任意两个温度作为 TA1 和 TA2,但在 25°C 和 25°C+ΔTA, MAX 下选择它们最为方便,因为已经计算了这些增益误差。
  10. 根据方程式 14 定义的条件使用方程式 13 计算 25°C (ΔTA = 0°) 时 REXT 产生的最大(正)偏移 (VOS_EXT, MAX RTI) 和最小(负)偏移 (VOS_EXT, MIN RTI)。
    1. 在相同的条件下,使用方程式 16 计算 GEF,并使用方程式 4 将 RTI 偏移转换为 RTS。
    2. 请参阅本文档末尾的节 11,了解如何推导该公式。

  11. 根据方程式 14 定义的条件,使用方程式 13 这个函数计算在最大温度摆幅 (ΔTA = ΔTA, MAX) 下,因 REXT 而可能导致的最大(正)偏移 (VOS_EXT, MAX RTI) 和最小(负)偏移 (VOS_EXT, MIN RTI)。
    1. 在相同的条件下,使用方程式 16 计算 GEF,并使用方程式 4 将 RTI 偏移转换为 RTS。
  12. 使用方程式 15 计算由于 REXT 而导致的输入温漂
  13. 计算总系统误差
    1. 方程式 5. E T o t a l   =   E G , M A X 2   +   E G , E X T 2   +   ( V O S ,   D e v i c e V S H U N T ) 2   +   ( V O S ,   E X T V S H U N T ) 2   +   ( V O S ,   D e v i c e   D r i f t V S H U N T ) 2 +   ( V O S ,   E X T   D r i f t V S H U N T ) 2
    2. 请注意,器件的输入失调电压 (VOSI) 和漂移规格以输入为基准 (RTI)。因此,需要使用方程式 4 将这些值设为以分流为基准。
    3. 如果执行单点校准,则可以去除 25°C 时的失调分量。

单级电流检测放大器输入引脚电阻的误差公式

方程式 6. T A ,   m a x   =   M A X { T A ,   h i g h   -   25 ° C ,   25 ° C   -   T A ,   l o w   }
方程式 7. R M A X   =   R N O M I N A L   ( 1   ±   e t o l e r a n c e ) ( 1   ±   Δ T A , M A X × T C R )
方程式 8. G E F   =   R B I A S 2 × R I N T R B I A S 2 × R E X T   +   R B I A S 2 × R I N T   +   R E X T
方程式 9. R I N T ,   M A X   =   R F B ,   M A X G a i n D e v i c e ,   t y p i c a l × ( 1 + E G ,   M A X ) R I N T ,   M I N   =   R F B ,   M I N G a i n D e v i c e ,   t y p i c a l × ( 1 + E G ,   M I N )
方程式 10. G E F M A X   =   G E F P V   =   m a x i m u m   ( e . g . ,   + 20 % ) P V _ T C   =   m a x i m u m   ( e . g . ,   + 30   p p m / C ) e R E X T   =   m i n i m u m   ( e . g . ,   - 1 % ) T C R E X T   =   m i n i m u m   ( e . g . , - 50   p p m / C ) E G   =   t y p i c a l   ( e . g . ,   0 % ) G E F M I N   =   G E F P V   =   m i n i m u m   ( e . g . ,   - 20 % ) P V _ T C   =   m i n i m u m   ( e . g . ,   - 30   p p m / C ) e R E X T   =   m a x i m u m   ( e . g . ,   + 1 % ) T C R E X T   =   m a x i m u m   ( e . g . , + 50   p p m / C ) E G   =   t y p i c a l   ( e . g . ,   0 % ) G a i n T o t a l ,   M A X   =   ( G a i n D e v i c e = R F B R I N T ) ×   ( G E F M A X ) G a i n T o t a l ,   M I N   =   ( G a i n D e v i c e = R F B R I N T ) ×   ( G E F M I N )
方程式 11. E G ,   E X T   M A X   =   G a i n T o t a l ,   M A X   -   G a i n T o t a l ,   t y p i c a l G a i n T o t a l ,   t y p i c a l E G   E X T ,   M I N   =   G a i n T o t a l ,   M I N   -   G a i n T o t a l ,   t y p i c a l G a i n T o t a l ,   t y p i c a l
方程式 12. E G   D r i f t ,   E X T   M A X   =   E G ,   M A X   T A , 2     -   E G ,   M A X   T A , 1   T A , 2   -   T A , 1 × 10 6 E G   D r i f t ,   E X T   M I N   =   E G ,   M I N   T A , 2     -   E G ,   M I N   T A , 1   T A , 2   -   T A , 1 × 10 6
方程式 13. V O S ,   E X T   R T I   =   ( V R E F - V B U S ) ( 1 - C E V )   +   I B , C M   O N ( R S H + R E X T 2 - R E X T 1 C E V )   -   I O S 2 ( R S H + R E X T 2 + R E X T 1 C E V ) 1   +   ( R S H + R E X T 2 ) ( 1 R I N T + 1 R B I A S )   +   R E X T 1 C E V R B I A S C e v   =   1 + R S H + R E X T 2 R F B + R I N T 1   +   R E X T 1 R F B + R I N T
方程式 14. V O S ,   E X T   M A X   =   V O S ,   E X T P V ,   P V _ T C   =   m i n i m u m I B , C M   O N ,   V C M =   m a x i m u m V R E F   =   m i n i m u m I O S   =   m i n i m u m R E X T 2   =   m a x i m u m R E X T 1 =   m i n i m u m   V O S ,   E X T   M I N   =   V O S ,   E X T P V ,   P V _ T C   =   m i n i m u m I B , C M   O N ,   V C M =   m a x i m u m V R E F   =   m i n i m u m I O S   =   m a x i m u m R E X T 2   =   m i n i m u m R E X T 1 =   m a x i m u m  
方程式 15. V O S ,   E X T   D r i f t   M A X   =   V O S ,   E X T   M A X   a t   T A , 2   - V O S ,   E X T   M A X   a t   T A , 1   T A , 2   -   T A , 2 V O S ,   E X T   D r i f t   M I N   =   V O S ,   E X T   M I N   a t   T A , 2   - V O S ,   E X T   M I N   a t   T A , 1   T A , 2   -   T A , 2
方程式 16. L e t   C E G = R E X T 1 R F I + R E X T 1 V O S ,   E X T   R T I V S H = G E F = 1 ( 1 + R E X T 2 R I N T )   +   R E X T 1 + R E X T 2 R B   -   C E G ( R E X T 1 - R E X T 2 ) R B V O S ,   E X T   R T S   =   V O S ,   E X T   R T I G E F