那么本期推文主要通过仿真,和各位同好一同分析,为什么这个基准源用电阻分压不好。
仿真图如下,图为简单的差分运放(仪表运放的后半段为差分运放,本仿真为了简便,仅拉出来后半段作为仿真),其中两个的区别在于,一个使用电阻分压作为1.5V基准源,一个直接使用电压源做1.5V基准源(可以理解为区别只在基准源的输出阻抗):
熟悉差分运放的小伙伴应该看得出输出电压应该为输入差模电压加上基准电压(左图不是,右图是),也就是1V+1.5V等于2.5V,可以看出,左图用电阻分压做1.5V基准源的输出并不是2.5V,而是2.476V:
那么是什么导致了这个问题?
其实左图的电阻分压基准源和右图的电压源做基准源并不可以等同,因为左图的基准源等效为一个1.5V串联5kΩ电阻(10kΩ//10kΩ),其中5kΩ可以理解为电阻分压带来的额外的输出阻抗,等效后应该如下图:
那么左图的输出电压就不等于输入差模电压加基准源电压之和;而是变成了下图的公式(将电阻分压做基准源的输出阻抗考虑进去),可以看到,仿真输出电压和计算电压是保持一致的:
并且从上图公式可知,这个和之前的公式差模电压加基准源,已经不太一样了,电阻分压后,输出电压的计算公式中要考虑额外的引入基准源的输出阻抗。如果按照压力传感器手册中的公式的话(如果用电阻分压的方式做基准源,且没有考虑基准源输出阻抗),会不准确,如果按照手册公式来的话,大概误差情况如下图直流扫描的仿真。
总结:
差分运放和仪表运放等Vref基准源尽量不要用电阻分压做基准源;如果用电阻分压做,要额外考虑电阻分压后得到基准源的输出阻抗。这种应用下,对于基准源的输出阻抗是越小越好,可以采用电阻分压后接一个电压跟随器,或者使用基准源芯片作为基准;例如下图: