电阻TCR跟踪对模拟和AD信号处理的影响

 Ove Hach在他的EDN文章中解释了电阻TCR跟踪的效果及其对模拟和A / D信号处理任务的精度要求。

数字化的进步深刻地改变了我们的生活。数字电路没有渗透到日常生活的任何领域。越来越强大的微控制器和数据转换器使您可以将模拟信号转换为高分辨率数字信号。在选择上游测量放大器的电阻器时需要考虑什么?您可以避免什么可能的错误,以使模拟电路适合数字电路?

在大多数情况下,模拟信号由阻抗之比确定。了解长期可以保持稳定的精密模拟电子电路的优点的硬件开发人员可以利用数字系统的全部分辨率。本文重点讨论线性固定电阻器。

数字A / D转换数字化将连续信号转换为具有以位表示的离散值的信号。表1列出了从2位到24位数字化信号的特性。在随后的考虑中,A / D转换器的分辨率起着另一个作用。

模拟信号处理在进行测量时,信息并非总是以数字或频率信号形式提供。必须使用分压器将信号幅度降低到适合A / D转换器的水平,或者使用放大器将信号幅度提高。分压器的比例系数或运算放大器的增益系数由两个电阻的相对性能决定。这意味着,只要两个电阻的性能相同或相同差,两个电阻的比率就始终相同,因此,电路会与电阻的特性分离。但是,电阻器永远不会具有相同的属性。因此,电阻器的比率随着环境温度,功耗和在不同膜温度下的老化而变化。

TCR跟踪的影响我们可以使用分压器研究各种温度系数对环境温度的影响。形成完整的微分(方程式1)可得出一个近似方程式,该方程式可以估算环境温度变化对比例系数造成的电阻变化的影响。

假设A / D转换器的分辨率对应于允许的误差,并且两个电阻都经历相同的温度变化,则根据所需的TCR跟踪,通过置换获得以下近似方程式。

电阻TCR跟踪对模拟和AD信号处理的影响

您可以使用电子表格来估算分压器中两个电阻的必要TCR跟踪。您对电阻器的TCR估计值可以根据所需的精度在指定的温度范围内相互之间发生。

在诸如音频之类的参考温度紧邻范围内运行的应用中,必要的TCR跟踪表明,温度系数之间存在相应的较大偏差。但是,如果对精度的要求很严格,则建议在温度波动约10 K时使用高级薄膜电阻器。请参见表2。

颜色表示从厚膜电阻器,薄膜电阻器到箔电阻器的电阻器的技术建议。

薄膜芯片阵列

环境温度和功耗会给电路中的电阻施加压力。在这样的应用中,它们的电阻值根据温度应力和所用的电阻材料以不同的速率变化或大或小。如果电阻因温度差异而老化,分压器的比例系数将在使用寿命内变化。为了较大程度地降低质量和校准成本,对于精密测量工程,必须考虑具有相同温度系数和容差对的电阻器。如果将所需的电阻器一起制造在一个基板上,则所有电阻器均由具有几乎相同温度系数的相同电阻材料制成。在相同的基板上,电阻在使用期间要承受相同的温度。

1显示了用于芯片阵列电阻器的陶瓷基板。每个单独的芯片阵列上至少存在两个具有相同特性的电阻器。在此示例中,我们有一个具有四个单独电阻值的阵列。

芯片阵列电阻器(排电阻)的陶瓷基板具有四个单独的电阻值。

在这种情况下,温度对电阻器性能的影响几乎是去耦的。芯片阵列的电阻器由相同的电阻材料制成,并且由于常见的TCR退火,两者的温度系数曲线几乎相同。如果施加在芯片阵列中的电阻器上的应力不同,则温度较高的电阻器会将承受较小应力的电阻器升高到几乎相同的温度水平。在温度测量中,在满负载的电阻和无负载的电阻之间测得的温度差仅约为3 K(2)。

2.电阻器R1至R4,在同一基板上,并且由相同的材料制成。

利用这些结果,可以使用漂移方程来估算各个电阻器的值变化,并且可以确定相对于每个电阻器的相对漂移变化。3表明,在8位A / D转换器中使用的分立式薄膜电阻器的漂移可以忽略不计,但对于10位转换器,LSB仅在5000小时后就会出现误差。对于12位及更高版本的转换器,建议使用芯片阵列,因为即使在运行的初几个小时中,分立电阻的阻值变化仍会超过分辨率。

3.一对电阻器随时间发生不匹配

公差的影响

仍然值得一提的是,可以根据要求为芯片阵列提供公差匹配。利用此功能,如有必要,可以消除电子生产线末端的校准步骤,从而提高了SMD生产线的生产率。

模拟电路规则用于

高分辨率数字系统的模拟信号处理是一项激动人心且全面的任务。为了使工作能够以更多的结构手动进行,这里有一些处理电阻器或开发具有高数字分辨率的模拟电路的基本规则:

不要将分压器直接连接到A / D转换器。始终在它们之间连接一个阻抗转换器。

如果应用温度偏离电阻器参考温度+ 20°C,请牢记TCR效应。

电阻的TCR不是线性的。

电阻的TCR从一个生产批次到下一个生产批次不等。

一个包装批次中可以存在两个生产批次。

在实验室中使用样品的某些东西在*一次批量生产运行中可能会出错。

为了较大程度地减小功耗对漂移的影响,请使用尽可能大的电阻。

将一个电阻路径中的电阻尽可能靠近放置,以使它们彼此保持温暖。

注意!注意绝缘坐标。

请记住热效应(塞贝克效应)。

避免使用径向布线的电阻;轴向设计是优选的。

仅将SMD电阻放置在与热流平行的位置。

注意与电路板走线的热关系相同。

使用可能具有长稳定性的电阻器。

请注意EN 60115-1规定的连续负载下的漂移规格。

规范中的“典型”表示平均值,未经统计验证。

尽可能使用薄膜芯片阵列,因为这些产品提供TCR和漂移跟踪或公差匹配。

所有行业领域都使用检测模拟信号并将其处理为数字电路。没有一个电阻器系列可以满足所有分段要求。

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