5.3 Информация к размышлению: параметры, не попавшие в бюджет ошибок



==295

Первый достаточно простой пример показал несколько базовых принципов:

1. во-первых, надо идентифицировать все источники и оценить все вносимые ими ошибки схемы и составить бюджет ошибок; и
2. во-вторых, разработка со строгим учётом наихудшего случая требует, чтобы все компоненты ( как активные, так и пассивные ) работали в оговоренных паспортами условиях, а объявленные величины ошибок для наихудших случаев добавлялись в бюджет ( без учёта знака ), чтобы получить итоговые параметры схемы.



==296

Итак, пока всё идёт нормально, и правильный выбор усилителя позволил уложиться, и даже с некоторым запасом, в требования спецификации: ошибки 1% от полной шкалы при закороченном или разомкнутом входе, а величины входного тока \(I_b\) и смещения \( V_{os}\) гарантируются для наихудшего случая.

5.3.A Неуказанные параметры: прагматичный подход

Если посмотреть на схему внимательнее, то можно заметить параметр ( прямой ток через диод при малых прямых напряжениях порядка 0...10 mV ), который влияет на общую ошибку ^_7 , но не специфицируется. Как его учитывать?

В этом вопросе авторы разделяют мнение «прагматиков»: во-первых, надо внимательно читать справочные данные ( как это происходило при отборе ОУ по входному току ), особенно в ситуации, когда производитель не хочет проводить измерения и просто заносит в таблицу какое-то заведомо правильное значение. Основные кандидаты на отношение подобного рода - токи утечки, где параметры автоматического тестового оборудования ( ATE ) и временнЫе рамки поощряют простановку гарантированно корректных цифр. Во-вторых, возможно, правильнее будет провести дополнительное тестирование ^_8 параметров, указанных недостаточно точно ( или вовсе не указанных ), как это было сделано в случае прямого тока диода на малых напряжениях. Иногда надо просто убедиться, что влияние этих параметров на работу схемы пренебрежимо мало ( как в случае с диодом, где прямой ток через него составляет менее 0.01 pA , т.е. на три порядка ниже требований бюджета ). Если всё совсем плохо, можно проводить входной отбор компонентов, чтобы не выйти за допустимые пределы. И, в-третьих, в ситуации, когда много компонентов влияют на общую величину ошибки, стоит проверять итоговые параметры схемы, блока или готового прибора.

Подход выглядит несколько самонадеянным, но реальность такова, что есть множество ситуаций, в которых не получится соответствовать каким-либо заковыристым требованиям, ориентируясь исключительно на гарантированные цифры, которые, кстати, могут просто отсутствовать. Два примера помогут раскрыть эту мысль: одному из авторов пришлось проектировать и производить серию океанографических приборов с батарейным питанием, предназначенных для долговременного ( до года ) автономного съёма данных. Базовая схема могла содержать до 200 корпусов КМОП ИМС серии 4000B. Паспортные данные сообщают, что при 25°C ток потребления ^_9 составляет «0.04 μA ( typ. ), 10 μA (max)». Замечательно. Значит, 200 этих прелестных малюток будут потреблять 8 μA . Возможно. Но они могут ( с некоторой вероятностью ) есть до 2 mA . Год работы потребует 70 mAh ( для типичных цифр потребления ), но если учитывать только наихудшие значения, потребуется уже 17.5 Ah ( ампер-часов ). Здесь возникает проблема: надёжный батарейный блок для таких ограниченных по объёму корпусов, рассчитанных на глубокое погружение, имеет ёмкость всего 5Ah ( с учётом разумного запаса по саморазряду ). При этом 80% ёмкости отводится датчикам и устройствам записи. Т.е. в наихудшем случае потребуется четыре батарейных блока ( и увеличенный герметичный корпус), или сокращение набора океанографической аппаратуры. Решение очевидно: надо собрать субблоки и проверить их на соответствие допустимому току потребления. Практика показала, что все блоки работали хорошо, а тестирование по большей части выявляло модули с дефектными КМОП микросхемами, портившимися при неаккуратном обращении.



==297

В качестве второго примера выступает коммерческий прибор – чувствительный электрометр фирмы Keithley. Такой инструмент способен измерять токи порядка фемтоампер ( \(10^{-15}A\) ) , для чего необходим входной каскад с чрезвычайно низким входным током. Задача решалась с помощью повторителей на согласованных полевых транзисторах, нагруженных на прецизионный ОУ, включённый по схеме преобразователя ток-напряжение ( вход является суммирующей точкой, находящейся под нулевым потенциалом ). Чтобы удержать ток затвора на низком уровне, ПТ работают при очень низком напряжении стока - всего +0.55 V и чуть более низком ( на доли вольта ) потенциале истока. И где, спрашивается, прикажете искать сведения о том, что происходит при таких низких напряжениях? Справочные данные не могут сказать, на что может быть похож ток утечки затвора. Можно, конечно, поднять руки и сказать, что такой прибор сделать невозможно. А можно пойти по пути Keithley, отыскать надёжного поставщика полевых транзисторов, провести входной контроль, протестировать схему в сборе и получить в итоге сделанную работу.

Оба примера говорят о том, что бывают ситуации, когда невозможно уложиться в имеющиеся требования, оставаясь в рамках гарантированных производителем параметров. Как уже отмечалось, существует вид разработчиков, которые не отклоняются в своей работе от гарантированных характеристик. Они не желают использовать отобранные компоненты и вообще касаться их даже с помощью 3-метровой палки. Читателю предлагается выбрать свою сторону самостоятельно.



==297