原创关于运放失调电压调试及其反思

 2013-9-20 07:55  2616 12 22 分类: 消费电子

上周关于项目中一个运放输出，存在+-20mV左右的失调电压——即输出电压与输入电压可能有20mV左右的偏差，而且不同板子还不一样。有些是在+20mV，有些是-20mV，有些就没有偏差。由于系统要求较高，对于这个偏差，从芯片本身理论上是在2mV以内。

为了找到引起这个输入失调的原因，上个周花了将近半周的时间，来测试电路。确定问题本质所在。

首先运用基本的计算运放的知识，经过KCL以及运放的虚短虚断，首先做理论上的分析。发现理论上的计算，输入与输出是一致的，没有误差的引入。当然，这时在计算过程中，很多都是理想化的。电阻没有考虑误差，没有考虑芯片本身的输入失调电压，只是理论上的计算，得除了Vo = Vda。在这个计算上，在理论上验证了电路的成立。

一开始，根据理论化的计算，测试电路时，无处下手。因为不知道，哪里会是问题的所在。不知道哪里最有可能引起误差。

在没有思路的时候，就先修改电路测试看看。

首先，将后级电路断开，以去除后级电路对于电路的影响，之后测量两个板子的输入与输出。发现和后级电路没有断开的时候一致。这样说明，问题就出在运放这一块。

然后，断开输入级电路，并将运放的输入直接接地，观察运放的输出情况。这个时候发现运放的输出不是零，而是28mV，这样可以确定问题跟运放的前级电路DA输出也没有关系，那么就将问题锁定到运放电路这一块。

之后，试着将运放本身的误差参数带入计算过程，得出了Vo= Vda+E；E是因为运放原因可能带入的误差。计算发现，根据运放的Datasheet，E是其运放本身的失调电压和虚短时的V+和V-压差的差值，这个差值最大可能是在6mV。但是，实际测试发现，这里的实际值E只有不到5mV。

那么问题的原因还是没有找到。

最后考虑到电阻的原因，将所有电阻都没有理想化直接带入计算。最终得到了一个结果

Vo = (R3/R2)*Vda + (1+R3/R2+R3/R2)*E1 - E2 + R3(R4*R2-R5*R1)*Vc/(R1*R2(R4+R5))

E1 = V+ - V-;(V+正向输入，V-反向输入)

E2 = 1mV(Typevalue)；

Vc电源电压5V

根据这个结果，发现输入电阻上如果R4*R2-R1*R5的值如果不为零，可能带入一个较为糟糕的误差。

于是对调了板子上的R1和R2发现运放的输出确实和不一样了。失调变小了。

又试了几块板子，发现有些调整后失调值不到1.5mV，但是有些反而由原来的正向失调，变为了负向失调。

由于这里的修改修正了一些问题，暂时，将问题锁定到这里。

这周，再次将整个系统上的参数整体计算了一遍，发现由于在使用时会对运放的输出进行一个校准，之后会减去这个校准值，这样的话，使用时中断显示处对于运放输出的处理就变为了V =(R3/R2)*(V1 - Vo)

V1 本次运放输出；

Vo校准时运放输出；

由于后边的误差值是固定的所以就消掉了。这样，即使有失调电压，影响也不是很大。只要运放负向失调电压不为负就可以。

通过对于这次失调电压的整个测试过程有几点感想如下：

分析问题时，理论的计算可以再理论上验证是否可行。对于实际电路问题的分析，可以先理想化，首先在理论上验证，一般而言理论上不通过的，实际上很有可能出问题。如果没有问题，再将去理想化，进行实际分析，将所有因素（或者部分因素）考虑在内，得出结果，找到影响因素最大的一个。
在验证计算的分析时，要先验证前后级的影响，排除外围造成的影响。
分析问题时，需要从整体系统上来考虑。如果单单看运放输出这一部分，确实很糟糕。但是，由于终端的标定操作，将失调电压这一部分消掉了。反而，失调电压对于结果的影响却很小。如果一开始从整个系统的角度分析，找到对于结果影响最大的量，那么就不会在发现失调电压的时候，那么紧张。因为它对于结果的影响很小。

写在最后：
当我们解决问题时，要找到影响我们问题的关键部分，本质部分。如果找到这些，可能就不必纠结于某些细节。如果没有找到，即使做了很多努力，可能对于问题结果并没有太大帮助。

但是，对于没有看到问题本质的努力与付出，对于学习本身而言很有价值，它促进我们去思考，去反思。会促进我们本身能力的提升。很多划时代的理论与发明，是在错误中产生的。

如果只从解决问题而言，没有找到问题本质的努力或许是白费的；但是对于一个提升个人思考来说，没有发现问题本质，可能会更激发思考，创造更多。

结果重要，过程一样重要。短期看，结果更重要；长远看，过程更重要。结果决定了当前，过程决定了下一个结果。

现在没有看到本质的思考，是为了以后看到本质的锻炼。现在直接看到问题本质的思考，是以前思考的结果(但是少了创新的可能，就会出现知识越多，创新越少)。

这是一个矛盾。如何平衡？

直接解决问题，带来的是效率。

间接解决问题，带来的是思维。

犯错，给了我们学习的机会。我们学的越多，我们犯错越少。犯错越少，我们学习的机会就越少。我们学的少了，我们就会再次犯错。再次犯错，给了我们再次学习的机会……
这是一个平衡。

失调电压