3 Методи і засоби калібрування підсилювачів на місці експлуатації

Навіть при використанні прецизійних операційних підсилювачів необхідно проводити калібрування. У таких випадках найкращий вибір - ОП з низькою напругою зсуву. Для правильного вибору ОП необхідно враховувати всі переваги і недоліки кожного типу архітектури.В даній архітектурі розглядаються плюси і мінуси ОП, що використовують ППЗУ-регулювання, лазернe підстроювання, автопідстроювання нуля і вбудоване калібрування.У прецизійних ОП застосовується, як правило, одна з форм корекції вхідної напруги зсуву. Вхідна напруга зсуву - це різниця напруг на інвертуючому і неінвертуючому входах ОП, яка може змінюватися від мікровольт до мілівольт. Величина зміщення залежить, в основному, від того, наскільки добре підібрані вхідні транзистори ОП.Крім вхідної напруги зсуву на похибку ОП по напрузі впливають і інші параметри, наприклад, зміни синфазної напруги, робочої напруги, вихідної напруги, температури і навіть часу. Таким чином, зовнішні умови можуть суттєво впливати на вибір кращої архітектури ОП для кожного конкретного застосування. У деяких прецизійних ОП для корекції вхідної напруги зсуву використовується перегорання відповідних плавких перемичок ППЗУ. У багатьох випадках ця процедура виконується всередині корпусу під час проведення фінального тестування. Такий підхід є досить економічним способом реалізації ОП з низьким початковим напругою зсуву. Оскільки при цьому ОП регулюється після складання, одночасно вдається скорегувати всі зміщення напруги, пов'язані з процесом виготовлення. Іншою перевагою такої архітектури є те, що ОП налаштовується виробником і не вимагає подальшого регулювання користувачем. Негативна сторона такого підходу полягає в тому, що ППЗП займає в чіпі певний простір, тому такі пристрої не можуть бути реалізовані в надкомпактних корпусах. Варто додати, що архітектура цих ОП, як і ОП загального призначення, схильна до впливу навколишніх умов, наприклад, температури, а також чутлива до змін синфазного і робочого напруг.лазерного підстроювання.Іншим способом підвищення точності ОП є лазерне підстроювання. У такій процедурі для підгонки величини опору тонкоплівкових резисторів всередині кремнієвої підкладки використовується лазер. Точність такого підходу може бути досить високою, оскільки процес коригування є безперервним, а не дискретним, як у випадку ППЗП-регулюванням. До інших переваг даного методу можна віднести температурну стабільність тонкоплівкових резисторів, що підвищує точність ОП в широкому діапазоні температур.

Однак лазерне підстроювання повинне застосовуватися на стадії виготовлення підкладки та не може бути використане при складанні. У процесі розрізання підкладки на індивідуальні кристали, розміщення кристала в корпусі, з'єднання кристала з висновками корпусу в підкладці можуть виникнути механічні напруги, що негативно позначаються на точності всього ОП. Такі зміни, що відбулися під час складання, не можуть бути враховані, що збільшує похибку ОУ, виготовлених за даною технологією.Як і ППЗП-регулювання, лазерна підстроювання виконується тільки один раз в процесі виготовлення пристрою, тому можливості повторної коригування ОУ не існує. Очевидно, що зміна зовнішніх робочих умов, наприклад, температури або робочої напруги, буде несприятливо позначатися на точності ОП, і це може безпосередньо вплинути на експлуатаційні якості системи в цілому.

ОП з автопідстроюванням нуля мають архітектуру з безперервним самонастроюванням, в якій для корекції напруги зміщення основного підсилювача використовується нуль-підсилювач. Така архітектура дозволяє досягти дуже низької похибки зсуву, яка може бути в 100 разів менше, ніж у ОП з ППЗП-регулюванням. Такі ОП також мають низький дрейф зміщення, і в них при використанні якісних джерел живлення і при придушенні синфазних перешкод практично вдається позбутися флікер-шумів. Оскільки в такій архітектурі використовується безперервна автоналаштування вхідної напруги зсуву, вона за своєю суттю є нечутливою до змін навколишнього середовища. Зміни температури і старіння, а також зміни робочого і синфазного напружень дуже мало впливають на точність ОУ з автоналаштуванням нуля. При вбудовуванні схеми автоподстройки в чіп не потрібно додаткових входів для підключення зовнішніх ланцюгів. З точки зору схемотехніка, ОП з автопідстроюванням нуля, виглядає і функціонує як стандартний ОП, але має додаткові опції. Незважаючи на всі свої достоїнства, ОП з автопідстроюванням нуля мають ряд обмежень. Безперервна робота вбудованої схеми автоналаштування приводить не тільки до виникнення шумів перемикання, але і до підвищення струму спокою в заданій смузі частот. І, нарешті, через дуже високоу точність пристроїв даного типу може збільшитися час тестування, що підвищує вартість їх виготовлення.

Інша альтернатива полягає у використанні прецизійних ОП з вбудованим ланцюгом калібрування. Технологія калібрування mCal, запропонована Microchip, дозволяє реалізовувати ОП з дуже низькими початковими напруженнями зсуву, такими ж як при використанні інших архітектур, але на відміну від ОП з ППЗП та лазерного регулювання, калібрування в них може здійснюватися при подачі напруги живлення або за допомогою зовнішнього виводу . Це дозволяє користувачам перекалібрувати ОП так часто, як це потрібно. При частому перекалібрування точність ОП перестає залежати від навколишніх умов. Наприклад, якщо користувач дуже стурбований температурним дрейфом, похибка на дрейф може бути мінімізована за рахунок калібрування ОУ при кожній зміні температури на 5 ° С. Звичайно, такий підхід дозволяє значно знизити температурний дрейф, але при цьому потрібна активна участь користувача для підключення виведення калібрування підсилювача і її запуску.

Більшість додатків може виграти від використання високопрецизійної ОП, однак для кращого вибору підсилювача проектувальники повинні розуміти всі сильні і слабкі сторони кожної архітектури, націленої на досягнення малого зсуву. Незважаючи на те, що всі вищеописані архітектури мають низьку початкову напругу зсуву, слід пам'ятати, що на точність ОП впливають навколишні умови. Використання ОП з архітектурою безперервного самоналаштування, таких як ОП з автоматичним підстроюванням нуля або з можливістю перекалібрування за технологією mCal, дозволяє мінімізувати негативний вплив зовнішніх умов.