Schaltungstechnik für Sensoren
Diskrete Verstärker optimieren
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Offsetdrift minimieren
Offsetdrift minimieren
Der Temperaturkoeffizient der Offsetspannung oder die Rate, bei der die Eingangsoffsetspannung mit zunehmender Temperatur steigt, beträgt für den ungetrimmten Verstärker etwa 4 μV/K. Erweitert man die Schaltung um den AD5292, erhöht sich der Temperaturkoeffizient der Offsetspannung TCVOS auf etwa 25 μV/K (Bild 10). Trotzdem verbessert sich der Dynamikbereich des Verstärkers signifikant. Dazu stelle man sich einen ungetrimmten Verstärker mit einem Offset VOS von 5 mV bei einer Verstärkung G von 100 und einer Temperatur von +85 °C vor. Eine solche Schaltung hat nach Gleichung (1) einen Ausgangsoffset VOUT von 534 mV.
(1) 
Falls man den Offset bei gleichen Betriebsbedingungen auf 5 μV (Faktor 1000 weniger) trimmen würde, würde sich der Ausgangsoffset nach Gleichung (1) auf 213 mV mehr als halbieren. Dies würde den Dynamikbereich um über 300 mV verbessern. Auch lässt sich so ein Verstärker im Feld kalibrieren und die Drift auf Systemebene minimieren.
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Bild 11 zeigt die Rauschdichte verschiedener Verstärkerkonfigurationen. Dieser Verstärker erreicht eine Breitbandrauschdichte von 2 nV/√Hz mit einem Versorgungsstrom von 8 mA – eine Verbesserung gegenüber bestehenden integrierten Produkten. Das ungetrimmte 1/f-Rauschen beträgt 4 nV/√Hz bei 10 Hz und 16 nV/√Hz bei 1 Hz. Man beachte, dass das rosa und das Breitbandrauschen für den herkömmlichen Stromspiegel (rote Kurve) 1,5- bis 2-mal höher sind und dass das Gesamtrauschen mit Trimmung praktisch unverändert bleibt. Die drei anderen Kurven zeigen dies.
In den Bildern 12 und 13 ist der Frequenzverlauf für verschiedene Verstärkungen und Trimm-Einstellungen zu sehen. Man beachte, dass der RS-getrimmte Verstärker instabil ist und dass der Frequenzverlauf bei den ungetrimmten und mit Stromspiegel getrimmten Versionen gleich ist.
Die Eingangsruheströme wurden mit Hilfe einer Verstärkerkonfiguration und eines Messwiderstands gemessen. Während der Wert beim ADA4897 bei Raumtemperatur bei unter 1 pA liegt, steigt er bei +125 °C auf Werte zwischen 4000 pA und 10 000 pA an (exemplarabhängige Streuung). Beim ADA4898 liegen sie bei einer Versorgungsspannung von ±5 V bei unter 1 pA, bei einer Speisespannung von ±15 V steigt der Ruhestrom exemplarabhängig auf 15 pA bis 50 pA.
Über die Autoren:
George Alexandrov ist Design Engineer in der High-Speed Amplifier Group und Nathan Carter Design Engineer in der Linear und RF Group, beide bei Analog Devices.
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