原创 非常见问题: 迟滞阻碍着魔力

2008-7-29 10:10 3058 3 3 分类: 测试测量

非常见问题解答
来自ADI公司的电话记录中奇怪但真实的故事


 


迟滞阻碍着魔力


 


问题:为了获得更高的精度,我可以重新校准精密的模拟电路吗?


回答:在提高模拟电路的精度方面,并不存在“魔力”的方法。人们熟知的迟滞现象限制着可能的重复。


 


最常见的温度测量。温度传感器采用了许多技术,但最简单便宜的传感器是测量在不同电流下工作的两个PN结之间的电压差,或者单个PN结内的电压随着电流不同的变化量,这个电压与PN结的绝对温度成正比。


 


这种低成本温度传感器的精度一般是2℃或3℃,而性能最好温度传感器的精度大约是0.5℃。因此,为了实现更高精度,用户通常希望对这类温度传感器进行校准。


 


从某种意义上讲,这种校准是可能的,但成本会很高,这也是这类器件没有大量生产的原因,而且不可能校准到任意精度。


 


假设我们使用一种具有无限精度的“魔力”温度计与伏特计来测量半导体传感器的温度和输出。那么,对传感器进行加热和冷却后,我们在完全相同的温度点来测量输出,就会发现略有不同。重复测量的结果遵循平均值的高斯分布。


 


应起这个变化的原理被称为热迟滞。在集成电路内部,热迟滞源于热/机械压力。硅芯片是采用非常复杂的硅、硅石(二氧化硅 SiO2)、铝、铜以及多种其他材料制成的,每种材料都具有不同的热膨胀系数。芯片温度的每次变化,因不同的膨胀/收缩而引起的压力分布都随之变化。结构的复杂,使得许多不同的压力分布有可能相同,导体内的压力改变电阻,并给电路校准带来微小的变化。


 


因此,仅仅通过非常精确的测量响应变化来重复校准温度传感器是不可能的。现有传感器的最佳精度等级是0.1℃.如果我们制造非常大的芯片,压力效应可能在较大区域波动,但有益的改进需要非常大且昂贵的芯片。在其他精密的模拟IC(尤其是基准电压源)中也发现类似的效应,但是温度传感器很少能够对公布的性能指标带来足够大的影响。不过,如果你使用精度足够高的测量方法挑选温度传感器,还是会有所斩获的。


 


 

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