5.5 Бюджет ошибок точной схемы



==298

Для каждой категории ошибок и каждой методики разработки будут отведены несколько параграфов общей дискуссии, сопровождающиеся фрагментами схемы. Ошибки можно поделить по категориям

1. ошибки в компонентах внешних цепей,
2. ошибки усилителя, связанные со входной схемой и
3. ошибки усилителя, связанные с выходной схемой.

Примерами этих ошибок могут служить допуски резистора, входное смещение и проблемы, обусловленные конечной скоростью нарастания выходного сигнала.

Итак, начнём расписывать бюджет. Основной целью будет удержание исходного входного дрейфа ( от изменений температуры и питающего напряжения ) в пределах 10 μV и приведённого ко входу ( RTI ) скомпенсированного дрейфа ( в первую очередь от утечки конденсатора и «просадки» напряжения на нём вместе с колебаниями температуры и напряжения питания ) ниже 1 μV в минуту. Как и в любом другом бюджете отдельные позиции появляются в ходе разрешения разного рода сложностей, а те являются производными от выбранных технологий. В некотором роде бюджет - одна из форм представления результатов проектирования, а вовсе не начало разработки, но наличие его перед глазами дополнит обсуждение темы.



==299

Важно понимать, из каких источников берут своё начало показатели, упомянутые в бюджете. Вот они:

1. параметры, указанные производителем,
2. ожидаемые значения, недостаточно полно ( а то и совсем не ) специфицированных данных, и
3. характеристики, о важности которых разработчик даже не подозревает ¹² .

Другими словами, известные, известные неизвестные и неизвестные неизвестные .

5.5.1 Бюджет ошибок

Все цифры даются для наихудшего ( гарантированного ) случая в форме напряжения приведённого ко входу прибора ( при 25°C ).

1. Разностный усилитель ×100 (\(U_1:\) LT1167A )

   Напряжение смещения \( V_{os}\)	40 μV
   Температурный коэффициент \( V_{os}\)	0.3 μV/°C
   Питающее напряжение	28 nV	на 100 mV изменения \( V_s\)
   Напряжение шумов ( 0.1—10 Hz )	0.28 μVpp	тип., максимальное значение отсутствует
   Входной ток смещения \(×R_S\)	0.11 μV	для \(R_S\)=350 Ω

2. Каскад усиления ×10 (\(U_2\): OPA277 )

   Напряжение смещения \( V_{os}\)	0.5 μV
   Температурный коэффициент \( V_{os}\)	10 nV/°C
   Питающее напряжение	1 nV	на 100 mV изменения
   Входной ток	0.3 μV
   Дрейф \( V_{os}\) по времени	2 nV/месяц	тип., максимальное значение отсутствует
   Саморазогрев под нагрузкой	5 nV	при полной шкале 5 mW , 0.1°C/mW

3. Выходной каскад (\(U_3\): OPA277 )

   Напряжение смещения \( V_{os}\)	50 nV
   Температурный коэффициент \( V_{os}\)	1 nV/°C
   Питающее напряжение	0.1 nV	на 100 mV изменения
   Входной ток	30 nV
   Дрейф \( V_{os}\) по времени	0.2 nV/месяц	тип., максимальное значение отсутствует
   Саморазогрев под нагрузкой	5 nV	при полной шкале ( нагрузка 1 kΩ )

4. Схема хранения (\(U_4\): OPA129 )

   Температурный коэффициент \( V_{os}\)	10 nV/°C
   Питающее напряжение	10 nV	на 100 mV изменения
   Спад напряжения на конденсаторе	0.4 μV/минуту	см. бюджет токовых ошибок
   Перенос заряда	1.1 nV

5. Ошибки, вызванные токами \( C_1 \) ( нужны для бюджета напряжений ):

   Утечка конденсатора нескомпенсированная	100 pA	максимальная
   Утечка конденсатора скомпенсированная	10 pA	типичная
   Входной ток \(U_4\)	0.25 pA
   Ток цепи установки нуля \(U_4\)	0.1 pA	\( V_{os}/R_{10}\)
   Ток утечки разомкнутого контакта реле \( S_3\)	10 pA	1 pA typ
   Утечка по поверхности платы	5.0 pA

Неплохо, хотя можно было бы поворчать на 40 μV входного смещения, но, как уже говорилось, несколько десятков микровольт постоянного смещения – не проблема, если есть возможность подстраивать напряжение нуля прибора. Важен только дрейф ( по времени и температуре ). Различные параметры бюджета будут осмысляться по мере рассмотрения различных вариантов конструкции того или иного узла. Они сгруппированы по уже перечисленным категориям ошибок: внешние цепи, входные параметры и выходные параметры.

После рассмотрения источников ошибок в следующей главе, начиная с §5.7.6 , конкретные ошибки будут разбираться с цифрами в контексте схемы 5.3 .



==299