Outre la tension de décalage d'entrée initiale, d'autres facteurs peuvent influencer le comportement de cette tension d'erreur, tels que la tension de mode commun, la tension de fonctionnement, la tension de sortie, la température et même le temps.
Selon l'application, ces facteurs externes déterminent l'architecture d'amplificateur la plus adaptée à chaque conception.
Réglage par EPROM :
Certains amplificateurs opérationnels utilisent des fusibles EPROM non volatils pour corriger la tension de décalage d'entrée. Dans de nombreux cas, cette correction est effectuée au sein du boîtier lors de la phase de test finale et constitue une solution très économique pour obtenir un amplificateur à faible tension de décalage initiale. L'amplificateur étant réglé après assemblage, tout décalage lié à l'assemblage peut être corrigé. Autre avantage de cette architecture : l'amplificateur est réglé par le fabricant et ne nécessite aucun réglage de la part du client. L'inconvénient réside dans l'espace occupé par le fusible EPROM sur la puce, ce qui complique l'intégration de dispositifs réglés par EPROM dans des boîtiers très compacts. À l'instar des amplificateurs d'usage général, cette architecture est sensible aux facteurs environnementaux tels que la température, ainsi qu'aux variations des tensions de mode commun et de fonctionnement.
Le réglage laser
est une autre méthode couramment utilisée pour améliorer la précision d'un amplificateur opérationnel. Ce procédé consiste à ajuster la valeur de résistance de composants en couches minces intégrés à la plaquette de silicium à l'aide d'un laser. La précision de cette technique est relativement élevée car le processus de réglage est continu, contrairement au réglage par étapes discrètes des EPROM. De plus, les composants en couches minces présentent une meilleure stabilité thermique, ce qui accroît la précision de l'amplificateur sur une large plage de températures.
Cependant, le réglage laser doit être effectué au niveau de la plaquette et ne peut être réalisé à l'intérieur du boîtier. Les opérations de découpe de la plaquette en puces individuelles, d'insertion de la puce dans le boîtier et de connexion de la puce aux broches du boîtier peuvent engendrer des contraintes mécaniques sur la plaquette, affectant négativement la précision globale du dispositif. Ces variations liées à l'assemblage ne peuvent être évaluées dans les amplificateurs à réglage laser et introduisent donc des erreurs dans l'amplificateur.
À l'instar des fusibles EPROM non volatils, le réglage laser n'est effectué qu'une seule fois lors de la fabrication du dispositif, sans possibilité de réajustement. Les variations des conditions de fonctionnement externes, telles que les fluctuations de température et de tension d'alimentation, affectent la précision de l'amplificateur et peuvent impacter directement les performances globales du système.
Amplificateurs opérationnels à auto-zéro :
L’architecture à auto-zéro est une architecture d’auto-correction continue qui utilise un amplificateur de zéro pour corriger la tension de décalage de l’amplificateur principal. Cette architecture atteint une erreur de décalage extrêmement faible, jusqu’à 100 fois inférieure à celle d’un amplificateur à réglage EPROM. Elle garantit également une faible dérive de décalage et élimine le bruit 1/f, tout en offrant une alimentation et une réjection de mode commun supérieures. Grâce à sa correction automatique et continue de la tension de décalage d’entrée, cette architecture est intrinsèquement insensible à l’environnement. Les variations dues à la température et au vieillissement, ainsi que les variations de tension de fonctionnement et de mode commun, n’ont que très peu d’incidence sur la précision d’un amplificateur à auto-zéro. Le circuit d’auto-correction étant intégré, aucune entrée spécifique n’est requise. Du point de vue système, un amplificateur opérationnel à auto-zéro, tel que le MCP6V0 illustré sur la figure 1, présente les mêmes caractéristiques et le même fonctionnement qu’un amplificateur opérationnel standard, avec en plus des performances exceptionnelles.
Malgré tous ces avantages, l’architecture à auto-zéro avec auto-correction présente certaines limitations. La commutation continue du circuit de correction interne génère du bruit de commutation et induit un courant de repos plus élevé pour une bande passante donnée. Enfin, en raison de l'ultra-haute précision de ce type de dispositif, le temps de vérification peut être relativement long, ce qui augmente son coût de fabrication.
Étalonnage intégré.
Une autre solution consiste à utiliser un amplificateur opérationnel de haute précision doté d'un circuit d'étalonnage intégré. La technologie d'étalonnage mCal de Microchip permet aux amplificateurs opérationnels d'atteindre une tension de décalage initiale aussi faible que d'autres architectures. Contrairement aux amplificateurs à EPROM ou à réglage laser, l'étalonnage est actif dès la mise sous tension ou via une broche d'étalonnage externe. L'utilisateur peut ainsi réétalonner l'amplificateur à tout moment.
Un réétalonnage fréquent permet de rendre la précision de l'amplificateur insensible aux variations environnementales. Par exemple, si la dérive thermique est un facteur critique, l'erreur de dérive peut être minimisée en réétalonnant l'appareil à chaque variation de température de cinq degrés. Bien que cette solution réduise considérablement la dérive thermique de l'amplificateur, elle nécessite une intervention manuelle de l'utilisateur pour lancer l'étalonnage en connectant la broche d'étalonnage à l'amplificateur.
Conclusions :
De nombreuses applications peuvent tirer profit d’amplificateurs opérationnels de haute précision. Toutefois, pour choisir l’amplificateur adéquat, les concepteurs doivent comprendre les avantages et les inconvénients de chaque architecture utilisée pour obtenir un faible décalage. Bien que toutes les architectures décrites ci-dessus permettent d’atteindre une faible tension de décalage initiale, les conditions environnementales peuvent également affecter la précision de l’amplificateur. L’utilisation d’un amplificateur doté d’une architecture à autocorrection continue, tel qu’un amplificateur à mise à zéro automatique ou un amplificateur avec capacité de recalibrage utilisant la technologie mCal, minimise les effets néfastes des conditions externes. Le tableau 1 présente les facteurs à prendre en compte pour évaluer l’architecture d’amplificateur la mieux adaptée à une application donnée.
