精密匹配电阻LT5400(所以相对和绝对哪个重要?)

那很多时候没有钱定制高精度匹配性能好的电阻怎么办?有个非常出名的LT5400(之前理解不深,也写过):

精密匹配电阻网络对精密信号链的设计至关重要

关于精密匹配电阻网络一文的订正

LT出品

LT以前的宣传物料很好看,现在没有了,难过一下:

LT5400 系列精密匹配电阻器专为差分放大器、精密分压器、基准电压源和桥式电路等高性能信号调理应用而设计。

该系列器件提供网络型配置,电阻比为 1:1 或 10:1,并有四路 10 kΩ、四路 100 kΩ 和双路 10/100 kΩ 三种规格可选。每颗 LT5400 电阻器在 -40 至 +85°C 的温度范围内均保证 0.01% 的匹配精度,在 -40 至 +125°C 的温度范围内保证 0.0125% 的匹配精度。

共模抑制比 (CMRR) 匹配确保了在包含差分放大器电路的配置中实现 CMRR 性能。LT5400 的 CMRR 匹配精度仅为 0.005%,是匹配精度为 0.01% 的独立电阻器的两倍。价格从 3.49 美元(1000 颗)起。

那LT5400 是“什么问题”的解法?

LT5400 不是为了“阻值准”,而是为了 “阻值之间的比例在时间、温度、应力下几乎不变”。在我们关心的这些系统里:六位半 / 五位半万用表,高 CMRR 差分放大器,电流分流(shunt)测量,高精度参考分压,仪表放大器输入级。

真正限制性能的,往往不是运放、不是 ADC,而是电阻比的漂移与失配。

LT5400 就是为此而生的。

它的核心不是“0.01%”,而是 ppm 级“相对稳定性”

区分两个完全不同的概念

电阻的值是可以测出来的,但是长期波动是难以预测的。

指标
含义
对系统的影响
绝对阻值误差
10k 实际是 9.95k 还是 10.05k
可校准、一次性误差
阻值匹配误差(ΔR/R)
R1/R2 是否等于设计比例
直接决定 CMRR、增益误差
匹配温漂(ppm/°C)
R1/R2 随温度是否变化
长期稳定性、零点漂移

LT5400 的设计目标是 第三项

B级更狠

最重要的三组参数,逐条解释

阻值匹配精度:0.01% / 0.025%

A 档:±0.01% B 档:±0.025%

这不是“某两个电阻”,而是:

芯片内 4 个电阻中,最大与最小的差值

这是非常保守、也是非常诚实的定义方式 。

为什么这比“看起来的 0.01% 更值钱?

文档在 Applications Information 里专门解释了这一点(强烈推荐注意):

若定义为“每个电阻对平均值 ±0.01%”,最坏情况下,比值误差可以翻倍,而LT5400 明确保证的是 “最坏情况”。(这在差分放大 / 仪表放大里极其重要)

匹配温漂:0.2 ppm/°C(核心中的核心)

(ΔR/R)/ΔT = ±0.2 ppm/°C(典型)

可以把它理解为:温度每变 1°C,电阻“比例”只变化 0.2 ppm

这意味着什么?

举个真实工程量级的例子

温漂 30°C

比例漂移 ≈ 6 ppm

等效误差:

10 V 满量程 → 60 µV

1 V 满量程 → 6 µV

这已经进入 6.5 位系统的地盘了。

注意这是 无需任何校准、纯被动器件实现的

用于 CMRR 的专用匹配指标(这是 LT5400 的“杀手锏”)

数据手册单独定义了一个指标:

(ΔR/R)_CMRR

它不是普通的 ΔR/R,而是:专门针对差分放大器中那两对“决定 CMRR 的电阻”,即 R1/R2 与 R4/R3 的交叉失配

手册甚至直接给出数学表达式和 CMRR 推导公式 :

对 1:1 比例器件: CMRR ≈ (ΔR/R)_CMRR

这意味着:

A 档:±0.005% → ≈ 86 dB

B 档:±0.015% → ≈ 76 dB

这是“只靠电阻就能达到的 CMRR 下限”,运放再好,也突破不了这个极限。(最一开始的模拟电路里面就说了一句话,注意匹配)

为什么它能“比四个精密分立电阻好 2 倍”?

资料中明确写了这句话:

“CMRR performance to be up to 2× better than independently matched resistors”

没有使用神秘工艺,而是三个现实物理因素:

同一硅片、同一温度场

四个电阻 热耦合,可以保证环境温度变化时 一起动也就是比例保持

相同应力、相同老化路径

长期漂移 < 2 ppm / 2000 小时,回流焊、湿热、热冲击都单独给了数据。

在做 万用表 / 长期稳定测量系统 时,这一项极其重要。

电容、寄生是“已知且对称的”

电阻-电阻:1.4 pF

电阻-裸焊盘:5.5 pF

这使得高频 CMRR 可预测,布局更容易“做对称”

典型应用图,背后的设计逻辑

差分放大器(第一页、七页)

CMRR > 80 dB @ 200 kHz

THD < –120 dB,重点不在运放(LT1468),而在 电阻比例

换普通 0.1% 电阻,CMRR 会直接塌掉

电流检测(第 9 页)

这是以后做 电流测量 / shunt 放大 一定会遇到的:分流电阻并不完美,引线电阻 RD 不可避免

文档给出一句非常“工程化”的结论:

只要 RD ≪ R1–R4,CMRR 不会被明显破坏

这背后靠的就是 LT5400 的比例一致性

把 LT5400 放进现在的“高精度测量世界”(第三篇)

结合前面研究的内容(六位半、ADC、参考源):

它最适合出现在这三处:

  1. ADC 前端差分 → 单端 / 仪表放大器
  2. 高稳定参考分压(不是绝对值,而是比例)
  3. 电流检测 + 微伏级放大

它不解决什么问题?

不降低热噪声(kT/R 决定),不提供绝对精度(要靠校准),不替代低噪声运放

但它解决的是:

“比例误差随时间和温度漂移”这个最难、也最贵的问题

这么牛逼的东西长的其貌不扬