发牢骚——统计电阻方法

发表于 2012-4-22 00:11

这个社会就是缺这样人才啊

发表于 2012-4-22 21:44

本帖最后由 GavinZ 于 2012-4-22 22:21 编辑

说个事，大家可别拍我，但是确实真的。

我们公司有个产品是模拟电路做的一个电流过载保护器，因为是模拟电路做的，加之电路做的很简单，一个互感器，几片运放全部搞定，精度也能保证，工程师看装板子的空间还很大， ...
291355171 发表于 2012-4-21 15:04

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我更倾向于上面这位兄弟说的。

楼主的做事风格的确非常让人赞赏。上周末就看到这个帖子了，可惜概率论早已忘干净，也无法证明楼主的结论。

看到楼主的论述，我有个疑问：楼主的公式是不是应该建立在“每颗电阻的产生都为独立互不相关事件”的前提下才成立？

我不是制造电阻的，不敢确定存在那样的前提！楼主是电阻制造商吗？或者你跟制造商确认过吗？

我还有个关键的疑问：楼主你确定电阻的误差分布绝对服从“高斯分布”吗？还是你“主观认为”它是高斯分布？ 如果不是高斯分布，那么你的证明就是错误的。

尽管你说“你见过通过电阻串联减小误差的用法”，但我认为仍然存在这样的可能——那样的做法是错误的。

如果服从高斯分布，我又有一个疑问：在若干1% 100ohm里，按照你的前提，假设99%的概率，阻值在[99，101]之间，也就是说每100颗电阻，很可能出现一个98ohm的电阻（精度成了2%），这看上去，真的很难让人接受！

所以，从这样的情感出发，我还是不相信楼主得出的结论。

发表于 2012-4-22 22:15

统计电阻的确可以提高分压比的性能。

比较有名的例子就是Wavetek用在其7001-10V电压基准里面的，这个基准具有非常高的性能，比如温漂<0.02ppm/K，而且是非恒温的：

我2007年2月份手工做了个10V电压基准，其7转10部分也用了统计电阻：

后来做了一种7V转10V的基准板，用7k金属箔电阻做统计：

不过，楼主在15楼的几个数据和计算有些问题：

1、Vishay Z箔电阻的长期漂移已经改成6年2ppm了。

2、并联电阻10个0.1%、10k后，是0.0316%，不是1%。

3、串联电阻10个0.1%、10k后，是0.0316%，不是0.01%。

总之，N个同阻值电阻无论串联或并联（或者等权重混联），其离散（或标准差）都会变为1/N^0.5。特别的，100个离散为1%电阻串联（或并联，或者等权重混联）后，会成为0.1%的。

发表于 2012-4-22 22:36

我更倾向于上面这位兄弟说的。

楼主的做事风格的确非常让人赞赏。上周末就看到这个帖子了，可惜概率论早已忘干净，也无法证明楼主的结论。

看到楼主的论述，我有个疑问：楼主的公式是不是应该建立在“每颗电阻的产生都为独立互不相关事件”的前提下才成立？ ...
GavinZ 发表于 2012-4-22 21:44

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楼主的结论有问题，我的帖子已经说了，但借这个问题说点相关的。
统计电阻分为分压电阻用途和绝对电阻用途两类，前者由于分压的性质，抵消了非独立性影响，因此最为有用。
但是，的确有绝对单独使用统计电阻的，比如著名的Fluke 742A-1欧标准电阻，里面就用了20个20欧的做并联（实际上是20个20.01欧再加上一个补偿电阻）。这样，非独立性的影响就显露出来，只能用补偿电阻最后调整。但这种统计电阻的作用，是互相温漂补偿、减少单个电阻功耗，也可以降低长期漂移的不确定性，因为任何单个电阻的改变，只体现在最终电阻的1/20。所以，统计法仍然是有用的。

发表于 2012-4-23 00:31

都是牛人啊

发表于 2012-4-23 09:56

谢谢lymex。
因为有实物设备支持，所以我觉得你的结论是正确的。
另能否请教提供一些相关资料，尤其是计算的方案或方法类的，谢谢你了。
最近正在设计年基础精度为10ppm的数控电流基准源（0~±500mA），感觉没有电阻能用了，倍感压力。
以前曾经做过50ppm的，那时候至少使用电阻的方案还是可行的。因此我想采用统计电阻的方法——这样原来的东西还能用。但是苦于资料少，自己算了一下，感觉有问题。看到lymex的东西我又有信心了，所以想请教大家，让大家给看看。

发表于 2012-4-23 10:43

好好看看

发表于 2012-4-23 11:47

谢谢lymex。
因为有实物设备支持，所以我觉得你的结论是正确的。
另能否请教提供一些相关资料，尤其是计算的方案或方法类的，谢谢你了。
最近正在设计年基础精度为10ppm的数控电流基准源（0~±500mA），感觉没有电阻 ...
gregy_cn 发表于 2012-4-23 09:56

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10ppm的0.5A数控电源，感觉的确比较难，但也不是不可能。
如果10ppm是包含了温漂、噪声、短期稳定度或中期稳定度（比如3个月），那还问题不大，但年稳也要做到10ppm，那就非要有非常好的电阻了。
方案上有几点供参考：
1、可以分档，比如0.05A到0.5A为一档，甚至再分细一些，0.05A以下也根据分辨要求分档。
2、每一档采用高精度的四线电流采样电阻，尤其是包含0.5A的这一档，最为关键
3、由于0.5A的采样电阻阻值比较小，因此不宜采用串联的方法，否则引线电阻无法消除，引线是铜的，温漂很大。当然，可以采用并联的方法
4、0.5A的采样电阻需要较大功率的，这样才能得到较高的采样电压。否则电压低，噪声、热电动势等影响就很大。功率余量大也使得温升小、温漂小。
5、0.5A的采样电阻，可以考虑选择VHP4Z、VPR247Z这种大功率金封电阻。如果对老化要求不高也可以采用VCS331Z等。如果这种电阻还不能满足要求，那唯一一个办法，就是用大量的Vishay金属箔电阻进行并联了，如果需要这方面的例子我可以继续提供。
6、电压基准、ADC、分压电阻等关键部分，也要满足<10ppm的要求并留有余量。

发表于 2012-4-23 19:21

关于这个问题，下面的帖子里有其他一些前辈的观点，仅供参考，
https://bbs.21ic.com/icview-125692-1-1.html

发表于 2012-4-23 21:40

我大概看了楼上推荐的帖子。

我觉得我想的没错。楼主基于正态分布的概率密度函数的特性进行了计算，这个前提应该是错误的。

lymex提供的实例，并不能从概率角度证明电阻串并联是因为各个电阻的离散型、非相关性、正态分布等。

反而看上去更像是因为“各个电阻的特性（如温漂、阻值误差）是相关的、相似的”，所以串并联带来了更好的精度。

发表于 2012-4-23 22:41

本帖最后由 gregy_cn 于 2012-4-23 22:43 编辑

29# lymex

谢谢lymex。
我们产品规格书规定了4档位，其中50mA和500mA档精度为10ppm，0.5mA和5mA档精度未作要求（如果大功率部分精度好了，这两个量程自然更好）。
我的统计电阻应用不是在采样电阻部分。而是在7V基准转4.096V部分，这个部分要求是年基础精度2ppm，但是这样的指标在试制阶段就发现有些低了，毕竟其它部分也不省油。
小功率0.5mA和5mA档位使用Vishay金属箔电阻做为采样电阻。
50mA和500mA档位使用直接电流比较原理，通过磁平衡方式和0.5mA或5mA档位进行比较及调节。

发表于 2012-4-24 00:22

如果使用电流比较原理，那当然好。
4.096V要求年稳2ppm，指标很高。除了7V基准本身要好外，的确可以考虑用统计电阻做分压了。不过，另外一种分压方式，是定做VHD200。

发表于 2012-4-24 13:02

首先谢谢大家！
同时希望大家能把理论计算帮我补补，也希望大家给出自己认为正确的计算，有分歧才有进步。

发表于 2012-4-24 17:38

本帖最后由 lymex 于 2012-4-24 17:41 编辑

发表于 2012-4-26 17:51

老大现身说法了。。。：）顶！

发表于 2012-4-26 21:56

向lz学习！！

发表于 2012-4-28 08:20

从系统可靠性讲，增加其元器件个数相应的增加了失效率，应该选用更稳定的器件，还是不放心可以对来料进行筛选。
而楼主提到的这些，供应商应该做过可靠性试验验证，达到了浴盆之底，已经处于稳定态势。这些东西元器件供应商更应该考虑和保证。至于5％和1％的会有不同的工艺过程或流水线操作？我倒听说是从百分之五筛出来的1％。

发表于 2012-4-28 08:24

还有就是精度温漂等与你所选用的电阻用料等有关，多花钱好办事。
上述均属个人看法，请不吝指正。

发表于 2012-4-30 08:05

学习了！:victory:

发表于 2012-5-2 21:46

也有一些地方将多个基准源并联起来使用，为了降低噪声和漂移，道理是一样的，但如果追求成本的话就不可取了。

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