輸入失調(diào)電壓(Vos)和溫漂(ΔVos/ΔT)是運(yùn)放直流參數(shù)中比較重要的參數(shù),本文主要介紹運(yùn)放的失調(diào)電壓和溫漂,幫助工程師快速理解。
——本文由江蘇潤(rùn)石資深FAE-Colin Qin 撰寫
1輸入失調(diào)電壓(Vos)和溫漂(ΔVos/ΔT)的概念
1.1 輸入失調(diào)電壓(Vos)的概念
絕對(duì)值定義:輸入失調(diào)電壓 Vos,是指為了讓運(yùn)放的輸出為零,需要額外在輸入端補(bǔ)償?shù)碾妷褐怠R部啥x為當(dāng)運(yùn)放接成跟隨器且正輸入端接地時(shí)(運(yùn)放雙電源供電),輸出存在的非 0 電壓。
輸入失調(diào)電壓(Vos)有正有負(fù),通常擁有正態(tài)分布的特性,正常應(yīng)用時(shí)一般取最大值計(jì)算。以RS633X系列Vos分布為例。
圖 1 RS633X系列Vos分布
常見Vos測(cè)量方法,運(yùn)放做跟隨,正輸入接GND,輸出電壓即為失調(diào)電壓(Vos)。
圖 2 RS6331的Vos測(cè)試電路
1.2 溫漂(ΔVos/ΔT)的概念
定義:溫漂是指運(yùn)放的失調(diào)電壓會(huì)隨溫度的變化而發(fā)生變化。
Bipolar(三極管)工藝的運(yùn)放溫漂比較線性單調(diào),CMOS工藝的運(yùn)放溫漂不是線性單調(diào)的,但是為了方便描述,統(tǒng)一歸一化為 X uV/℃。
2 輸入失調(diào)電壓(Vos)產(chǎn)生的原因
理想運(yùn)放輸入電壓為零時(shí),輸出電壓也為零。實(shí)際上由于工藝的限制,運(yùn)放的輸入級(jí)做不到完全對(duì)稱。
圖 3 通用運(yùn)放輸入等效電路
3 Vos修調(diào)的方式和常見規(guī)格
Vos修調(diào)的方式主要有三種:激光修調(diào)(Trim),電子修調(diào)(e-Trim),自穩(wěn)零技術(shù)。
通用的CMOS 運(yùn)放的失調(diào)電壓在 3mV~10mV,出廠時(shí)可以經(jīng)過晶圓級(jí)的激光修調(diào)(Trim),失調(diào)電壓可以收窄到最大 0.5mV,而封裝后的電子修調(diào),可以精確到 50uV 級(jí)別,如果需要更加小的失調(diào)電壓,運(yùn)放需要用自穩(wěn)零技術(shù),斬波和自穩(wěn)零技術(shù)可以把失調(diào)電壓控制在 1uV 級(jí)別。
表 1不同修調(diào)下的Vos
4 整體電路Vos的計(jì)算
運(yùn)放的失調(diào)電壓和溫漂會(huì)被線性放大,具體公式為:
(公式1-1)
Vos:25℃下的輸入失調(diào)電壓;
V_dirft:溫漂系數(shù);
T:環(huán)境溫度
G: 閉環(huán)增益
圖 4 整體電路Vos的計(jì)算
以潤(rùn)石RS6331XF為例,規(guī)格書標(biāo)注Vos最大為±3mV,溫漂為2uV/℃,假設(shè)芯片工作在85℃環(huán)境下,圖4中取R1=1K,R2=99K,將取值代入公式1-1,計(jì)算結(jié)果如下:
即RS6333XF在85℃下,同向放大100倍時(shí),Vos產(chǎn)生的誤差為±312mV,所以在單電源供電時(shí),特別需要注意存在負(fù)的失調(diào)電壓,可以適當(dāng)?shù)脑谳斎朐黾悠秒妷骸?/p>