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[FAQ] INA210: VREF 上的外部电阻器对 CMRR/增益误差有什么影响?

Part Number: INA210

我想要一个简单、便宜的解决方案,为我的器件的 VREF 引脚提供基准。  使用分压器设置 VREF 是否存在任何问题?

问题:

每周至少有一次客户会问我,他们是否可以使用分压器来设置我们器件中的基准电压 (VREF)。他们希望通过这样做来缩减尺寸和降低价格。遗憾的是,外部电阻器不仅会影响 REF 值的准确性,还会对器件的增益误差和共模抑制比 (CMRR) 造成不利影响。

  • 说明和建议:

    注意:为了便于说明,我将使用 INA21x 系列来举例。

    与任何差分放大器一样,INA21x 器件共模抑制比会受到 REF 输入端的任何阻抗的影响。当 REF 引脚直接连接至大多数基准电压源或电源时,这个担心是没有必要的。

    如果您决定使用电阻分压器或基准电压时,我们有以下建议:

    • 通过运算放大器对 REF 引脚进行缓冲。缓冲器将内部阻抗与分压器的外部阻抗隔离开来 – 换句话说,如果进行缓冲,则外部分压器对增益误差或共模抑制不会造成任何影响。请参阅 1

    图 1 缓冲 REF 引脚

    • 如果无法使用缓冲器,则应尽量减小电阻式分压器电阻值(几十欧姆),这样可以更大限度地减小额外增益误差和共模误差的影响。较小电阻值的缺点是会产生额外的电流消耗。为分压器选择电阻值时,必须考虑电阻容限(分压器与器件内部的电阻器之间的容差)。

    另一种解决方案是将输出作为差分信号处理作为全差分 ADC的输入。在可对 INA21x 输出进行差分感应的系统应用中(例如,通过一个差分输入模数转换器 (ADC) 或者通过使用两个单独的 ADC 输入),可以消除 REF 输入端的外部阻抗影响。换句话说,因为差分 ADC 会减去基准电压的变化,这将尽量减小分压器对系统产生的负面影响。图 2 显示了通过将 REF 引脚用作基准从 INA21x 系列器件获取输出的方法。

    图 2 以差分方式感应 INA21x 的输出

     电阻器的值和容差如何影响增益误差和 CMRR

    图 3 显示了计算由于外部电阻器而产生的增益误差和 CMRR 所需的公式。请注意,这些计算基于理想的内部电阻值。您需要考虑内部电阻器的容差。根据仿真(无分布数据或测量值),内部电阻器的温度变化约为 25ppm/C,容差为 +/-15%。遗憾的是,我们无法保证我们器件的内部组件实现最大容差 – 您不能将其视为一个简单的电阻器。我们的流程表明容差通常为 ±15%,但由于我们无法对其进行测试,因此无法对具体数字作出承诺。为了考虑内部电阻器容差,我建议将 R2 和 R4 电阻值替换为 15%。请记住,这些是近似值。由此得出的结果不一定与器件性能匹配。

    图 3 估算外部电阻器对增益误差和 CMRR 影响的公式