运放用于7V基准缓冲时的温漂问题！

tssmcu

问题1：运放的温漂在直接用作7V基准的缓冲时，影响有多大？一个运放失调电压漂移是0.1uV/℃时，基准假设是0.5ppm/℃时，这时缓冲后的电压稳定度是多少PPM呢？如何计算？这就是用来衡量运放稳定性的唯一的一个参数吗？早期方案，我有看到用OP27做399的直接缓冲，op27是1.2uV/℃漂移没影响吗？LTZ1000的基准中用的缓冲LT1013居然有2uV/℃，用拆机2277或者177不是性能更好，价格更便宜吗？那么在选取缓冲运放的时候到底什么参数影响很重要？
问题2：为何运放的温漂仅用失调电压来标定，为什么没有偏置电流的温漂参数？难道偏置电流永远不漂，只有失调电压飘？看了lilith制作的闭环发生器电路，其中DA合成部分对两个DA缓冲后一个4M和一个1K电阻合成后，再次用OP177缓冲，就有疑问了，177的偏置电流是2.8nA，4M的电阻在这个电流下会有11.2mV的压降，所以如果177的偏置电流有漂移也会引起相当大的漂移，为什么这里没用AD711，25pA降低了两个数量级。

marshallemon

lilith的电压发生器我的理解的是是一种转移测量的应用，后级的精度都是由MCU校正的

longshort

7V基准用的运放，增益应该是在1左右吧？那么在输入端有多少温漂，在输出端也一样是多少。
将温漂的值除以7V，再和7V的温漂相加就是了。

longshort

至于失调电流的影响，你只要算算输入电阻乘以失调电流的结果有多大，就知道有什么影响了。

老哥

op177有偏置电流及失调电流的温漂参数，OP27_AD REV. C有OP27N OP27G OP27GR偏置电流及失调电流的温漂参数；REV. F　仅有OP27N的。

tssmcu

laisla:lilith的电压源的4M电阻上的电流是根据输出值时时微调的。不够就加，多了就减。
只要保证在短期内不会漂移就得了。
长期的飘移纠正是通过不停的比较来实现的。所以只要保证LM399-LTC2400之间的测量够稳定。即使其他元件在一天内变化了比较大的值，闭环就会根据变化自动调整输出值 .. (2013-02-12  16:44)

所言极是！那这样说，是不是正如楼上所说，那在LM399-2400之间的两个跟随运放，其失调电压的温漂并不会影响？还是会以0.1uV/℃随着温度增减？

lilith

问题 1a、如果飘的方向相同，那么合成就是 7*0.5ppm+0.1uV/度，= 3.6uV/度，其中 7V 基准占 3.5uV 也就是 97%，运放占 0.1uV 也就是 3%，你说运放的温漂需要在意吗？
b、OP27 的话不如 OP177 合适，个人是这样认为的；LTZ1000 典型电路中，LTZ1000 内部三极管对维持环路有一定作用，也就是说运放的影响在一定程度上被弱化了。类似的，263 也是。

问题 2
a、不一而足，有的运放会给出 Ta 或 Tmax 下的 Ib/Ib Offset 最大值，按照最大值去使用方能保证性能，不过如果设计温度范围在 Ta 附近也可以用典型值去使用吧（大概？）
b、对于我的这个设计，我也考虑过这个问题。

实际上我的最终完整设计是一个源表，那么在表部分如果要去测量一个很小的电流，运放 Ib 导致的影响可能很难消除；
在电压闭环这一块，Ib 的影响又分为两个情况，第一个情况是（数字）开环下，Ib 对 Rslave 的影响很大，最终导致输出电压和输入信号之间的非线性很大和单调性不好；第二个情况是（数字）闭环下，Ib 的影响是有可能被消除的，因为系统用一个 ADC 去测量输出电压和基准电压，然后根据预设的比例计算输出电压和设定电压的差值并不断调整它，最终使得输出电压（根据预设的比例）等于设定电压。

b/2
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那在LM399-2400之间的两个跟随运放，其失调电压的温漂并不会影响？还是会以0.1uV/℃随着温度增减？
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LM399 ---> 2400 途径 3 个运放，第一个是 399 本身的基准输出缓冲 OP177，第二个是模拟开关后面的输入缓冲 AD711，第三个是 2400 自输入驱动运放 OP07（按我的设计是 OP07）。其中，基准本身的输出缓冲运放的温漂是系统无法感知和消除的，而后面两个运放的温漂是可以根据基准电压的测量结果消除的。但是，这是基于理想运放输入阻抗无限大的情况分析的，实际上运放输入阻抗不是无限大，有一个受温度影响很大的输入偏流（Ib），它最终导致一个回读系统的非线性（并转移到输出电压上），并且这个非线性会受温度影响，但很难评估温度对这个非线性的影响，因为运放也没有给出 Ib/Ib Offset 和温度的确切关系。

因此我设计了一个温度传感器，如果有可靠的测试法方法测试温度的影响，程序可以记录温度误差曲线并加入误差调整程序中，最终消除温度变化的影响。但这样就不是反馈了。不过，温度对非线性误差的影响，以及这个影响本身的长期稳定性并没有经过任何验证。

c、为什么这里没用AD711，25pA降低了两个数量级。
输出电压的缓冲，实际上应该使用低噪声运放，AD711 虽然输入偏流较小，但输出噪声较大，因此并不是很合适。作为输入，较大的噪声很容易使用数字滤波器除掉，但作为输出电压信号就不容易了，因为低频噪声的硬件过滤需要大体积大容量低耗损的电容。也因此，这里也不能使用斩波运放（输入部分可以）。

我的原设计中这里是 OP07，原设计中除了 LM399 的 7V 输出缓冲为 OP177，回读部分输入缓冲为 AD711 之外所有运放均为 OP07，但楼上是拿我的方案来商业化的，他更改了设计使用 4 运放代替单运放是他的考虑，并不是我的本意。另外还有爱好者也在自己画板，根据我的原设计使用单运放，想折腾的可以等一下，等他们的 PCB（可能只会有图纸不会出实际的 PCB），这样还可以自己更换其它型号的运放看看是否会更合适。

lilith

marshallemon:lilith的电压发生器我的理解的是是一种转移测量的应用，后级的精度都是由MCU校正的
(2013-02-12  15:48)

是的，因此 DAC 部分的要求不是很高，只要噪声低、短稳好就行了，线性和单调性可以被纠正，但是 ADC 部分的线性和单调性就很重要，尽管线性也可以进行数字校正。

lilith

老哥:
op177有偏置电流及失调电流的温漂参数，OP27_AD REV. C有OP27N OP27G OP27GR偏置电流及失调电流的温漂参数；REV. F　仅有OP27N的。

是的，所以这个问题不一而足，有的有有的没有，有的给出一个 Tmin-max 下的最大值。OP177 的参数比较明朗，不过 Ib/Ios 变化估计不是线性且单调的，所以给出的是一个平均变化值，因此它对依赖这两个参数的设计的影响很难分析。我的 Voltgen 中 Ib 的 Drift 会对非线性曲线和单调性构成一定影响，这个影响很难评估。

tssmcu

lilith:问题 1a、如果飘的方向相同，那么合成就是 7*0.5ppm+0.1uV/度，= 3.6uV/度，其中 7V 基准占 3.5uV 也就是 97%，运放占 0.1uV 也就是 3%，你说运放的温漂需要在意吗？
b、OP27 的话不如 OP177 合适，个人是这样认为的；LTZ1000 典型电路中，LTZ1000 内部三极管对维持环路有一定作用 .. (2013-02-13  11:18)

我已经完全明白了！感谢大大的周密的分析和回答！

tssmcu

lilith:问题 1a、如果飘的方向相同，那么合成就是 7*0.5ppm+0.1uV/度，= 3.6uV/度，其中 7V 基准占 3.5uV 也就是 97%，运放占 0.1uV 也就是 3%，你说运放的温漂需要在意吗？
b、OP27 的话不如 OP177 合适，个人是这样认为的；LTZ1000 典型电路中，LTZ1000 内部三极管对维持环路有一定作用 .. (2013-02-13  11:18)

那么我是不是可以这么理解，里面的任何一个电阻的长稳都没有意义，都可以用圆晶电阻（如果不考虑噪声甚至碳膜电阻），因为在采集端，每次对OUT测量之前，在瞬间先测量一下7V再测量一下地，相当于对每BIT进行一次电压标定，所以运放和分压电阻的漂移，要飘大家一起飘，差值并不变，这样测量的结果就非常准确，甚至连5V和2.5V的基准电压都要能短稳就行，这个电压只要有就可以，唯一的影响的就只剩下AD和运放的非线性度，然而升压电阻是会影响399的7v的长稳的，所以还是不能替换的。
然后测量后小了就加加DA，大了就减减DA，当然通过计算一下打过去更快些。所以发生端的电阻还有长稳也没有意义，因为时刻在调整。

lilith

大体上是这样。至于基准部分电阻的影响，可以根据厂家手册评估。
1、LM399 手册，给出了 Vz 和 Iz 的关系，从曲线上看基本是一次函数，用典型值 6mV per (10-0.5)mA = 632uV/mA。
我使用的 Iz 为 1mA，在上述范围内。

2、我使用的电阻有 Vishay MMU/MMB 圆柱形金属膜电阻（晶圆电阻），AE 树脂封装金箔电阻，现在先看 Vishay MMU/MMB 电阻的性能，
a、温度系数为 100ppm
b、P70 的 Loadlift（longterm）为 0.3% per 8000h（差不多一年），1% per 225000h（25 年）
在这里面，功耗最大的是 LM399 的限流电阻 Rz=3K，Iz=1mA，Pr = I^R = 3mW，远低于 P70，因此电阻的长稳（longterm）远好于 b 中阐述的 Loadlift，可乐观认为变化不大。那么，主要分析温度导致的影响。已知 Rz 温度系数为 100ppm，那么温度变化 1 度，电阻变化 3K*0.01% = 0.3 欧，Iz 变化 （10V-7V）/3K delta(0.3) = 0.0001mA，折合电压 Vz 变化 0.0632uV，0.0632uV/7V = 0.009ppm，也就是说 Rz 的 100ppm 温度系数弱化为 0.009ppm，弱化了 11111 倍。
所以，Rz 的变化是几乎不需要担心的，即使 Rz 变化 1%，电压的变化也只有 90ppm，这还是 P70 下的 25 年指标呢，实际上由于该电阻功率远低于 P70，所以长稳也是不需要担心的，因为 LM399 的长稳更烂。
然后就是 7Vto10V 电阻对，假设也使用 Vishay MMU/MMB 电阻，并假设很不幸这一对电阻温漂方向相反，因此温度变化 1 度导致 10V 变化 200ppm（烂死啦），也就是 2mV，折合 Iz 变化就是 0.000667mA，折合 Vz 变化 0.42uV，这个影响比较大，有 0.06ppm 了，温度变化 20 度的话能达到 1.2ppm。
所以根据预设的目标，可以决定和基准相关的三颗电阻的采用，我对 Rz 选用了 Vishay MMU，7to10 用了 AE 树脂封装金箔（5ppm），其实 7to10 使用 MMU 也是可以的，LM399 本身温度系数都有零点几个 ppm 呢，这对电阻的影响，其实也远小于 LM399 自身。

lilith

长稳的考虑

虽然在上述推定中，7to10 电阻使用 MMU 也没有什么问题，但考虑到长稳，还是使用了箔电阻，这里要看一看 399 的长稳，399 的长稳有几个数据，一个是列表中的 8ppm per S1000h，一个是 note4 中的 20ppm per S1000h，一个是长稳参考图表中的曲线



在对设备做出最坏考量的情况下，需要使用 20ppm 指标衡量，而典型指标为 8ppm，但这里，这对电阻要按照最好的指标来考虑它的最坏影响，也就是说，使用曲线的平均值来看，44 个 399 的测试中，平均 1 年变化不到 4ppm，那么电阻的变化应该不至于影响到这个指标，由于 Vishay MMx 系列电阻没有给出这个指标，只给出了 P70 下的指标，我无法很好评估这个问题，所以这里还是使用了较好的箔电阻。

不过鉴于 3 倍标准差统计中，44 个 399 的长稳为 10ppm，这意味着如果批量生产，大体上产品中的大多数都落在这个范围，所以这一对电阻使用 MMx 系列，影响可能也是不大的，需要量产我这个方案的人，可以考虑这一点。玩家的话，就不建议如此做了。

tssmcu

lilith:长稳的考虑

虽然在上述推定中，7to10 电阻使用 MMU 也没有什么问题，但考虑到长稳，还是使用了箔电阻，这里要看一看 399 的长稳，399 的长稳有几个数据，一个是列表中的 8ppm per S1000h，一个是 note4 中的 20ppm per S1000h，一个是长稳参考图表中的曲线

.. (2013-02-14  11:47)

再次感谢大大精彩的分析！原来这些问题都是可以来量化精确地计算的
已经完全明白了！