Un amplificador operacional de precisión es aquel que incorpora algún tipo de corrección de la tensión de offset de entrada. La tensión de offset de entrada es la diferencia de tensión entre las entradas inversora y no inversora del amplificador, que puede variar entre microvoltios y milivoltios. La cantidad de offset depende mucho del emparejamiento de los transistores de entrada.

Además de la tensión de offset de entrada inicial, otros factores también pueden afectar el comportamiento de esta tensión de error, como la tensión en modo común, la tensión de trabajo, la tensión de salida, la temperatura e incluso el tiempo.
Dependiendo de la aplicación, estos factores externos pueden determinar la mejor arquitectura de amplificador para cada diseño.

Ajuste por EPROM
Algunos amplificadores operacionales utilizan fusibles EPROM no volátiles para corregir la tensión de offset de entrada. En muchos casos esto se lleva a cabo dentro del encapsulado durante la etapa de test final y es una manera muy económica de lograr un amplificador con una baja tensión de offset inicial. Dado que el amplificador se ajusta durante la fase posterior al ensamblaje, se puede corregir cualquier offset relacionado con el ensamblaje. La otra ventaja de esta arquitectura es que el amplificador es ajustado por el fabricante y no requiere ajuste alguno por parte del cliente. El inconveniente es que el fusible EPROM ocupa espacio en el chip, de ahí que sea difícil disponer de dispositivos con ajuste por EPROM en encapsulados muy compactos. Del mismo modo que los amplificadores de aplicación general, esta arquitectura será sensible a factores del entorno como la temperatura, así como a cambios en la tensión en modo común y de trabajo.

Ajuste láser
Otro método que se utiliza a menudo para aumentar la precisión de un amplificador operacional es el ajuste láser. En este proceso se utiliza un láser para ajustar el valor de resistencia de unas resistencias de película fina integradas en la oblea de silicio. La precisión de esta técnica puede ser relativamente elevada dado que el proceso de ajuste es continuo, a diferencia de la serie de pasos discretos en el ajuste por EPROM. Otra ventaja es que las resistencias de película fina son inherentemente más estables frente a la temperatura, aumentando así la precisión del amplificador para un amplio rango de temperaturas.

Sin embargo, el ajuste láser se debe realizar a nivel de oblea y no puede realizarse en el encapsulado del dispositivo. Los procesos de corte de la oblea en pastillas individuales, la colocación de la pastilla en el encapsulado y la conexión de la pastilla a las patillas del encapsulado pueden provocar un estrés mecánico en la oblea que afectará negativamente a la precisión total del dispositivo. Estos cambios relacionados con el ensamblaje no pueden valorarse en los amplificadores con ajuste láser y por tanto añaden error al amplificador.
Al igual que los fusibles EPROM no volátiles, el ajuste láser sólo se realiza una sola vez durante la fase de fabricación del dispositivo, sin posibilidad de reajustar el dispositivo. Los cambios en las condiciones de trabajo externas, como los cambios de temperatura y de la tensión de trabajo, afectarán de forma adversa a la precisión del amplificador y pueden tener un impacto directo sobre las prestaciones del diseño en general.

Amplificadores operacionales con puesta a cero automática
La arquitectura de puesta a cero automática (auto-zero) es una arquitectura de autocorrección continua que usa un amplificador de anulación para corregir la tensión de offset del amplificador principal. Esta arquitectura logra un error de offset ultrabajo que puede ser 100 veces mejor que en un amplificador con ajuste por EPROM. También logra una baja deriva de offset y elimina el ruido 1/f al tiempo que proporciona niveles superiores de rechazo a fuentes de alimentación y en modo común. Dado que esta arquitectura corrige automática y continuamente la tensión de offset de entrada, es inherentemente insensible al entorno. Los cambios frente a la temperatura y el envejecimiento, así como los cambios de la tensión de trabajo y en modo común, tendrán muy poco efecto sobre la precisión de un amplificador con puesta a cero automática. Como la circuitería de autocorrección está integrada en el circuito, no hace falta ninguna entrada a medida. Desde el punto de vista del sistema, un amplificador operacional con puesta a cero automática, como el MCP6V0 mostrado en la Figura 1, parece y funciona del mismo modo que un amplificador operacional estándar y añade la ventaja de unas prestaciones excepcionales.
A pesar de todas estas ventajas, la arquitectura de puesta a cero automática con autocorrección tiene algunas limitaciones. La conmutación continua de la circuitería de corrección interna genera ruido de conmutación y también da como resultado una mayor corriente en reposo para un ancho de banda determinado. Finalmente, debido a la precisión ultraelevada de este tipo de dispositivo, el tiempo de comprobación puede ser relativamente largo, lo que se traduce en un dispositivo más caro de fabricar.

Calibración integrada
Otra alternativa consiste en utilizar un amplificador operacional de alta precisión con un circuito de calibración integrado. La tecnología de calibración mCal de Microchip permite que los amplificadores operacionales obtengan una tensión de offset inicial tan baja como las otras arquitecturas pero, a diferencia de los amplificadores con ajuste por EPROM o láser, la calibración está activa en cuanto se conecta a la alimentación o mediante una patilla de calibración externa. Esto permite que el usuario recalibre el amplificador siempre que lo desee.
Una recalibración frecuente puede hacer que la precisión del amplificador sea insensible al entorno. Por ejemplo, si un cliente está muy preocupado por la deriva respecto a la temperatura, el error de deriva puede minimizarse recalibrando el dispositivo cada vez que la temperatura varíe cinco grados. Si bien esta solución puede reducir significativamente la deriva del amplificador frente a la temperatura, también exige que el usuario inicie activamente una rutina de calibración conectando la patilla de calibración al amplificador.

Conclusiones
Muchas aplicaciones pueden aprovechar los amplificadores operacionales de mayor precisión pero, con el fin de elegir el amplificador adecuado, los diseñadores deben comprender los puntos fuertes y los puntos débiles de cada una de las arquitecturas utilizadas para lograr un offset bajo. Si bien todas las arquitecturas descritas anteriormente logran una baja tensión de offset inicial, las condiciones del entorno también pueden afectar a la precisión del amplificador. La utilización de un amplificador con una arquitectura de autocorrección continua, como un amplificador con puesta a cero automática o uno con capacidad de recalibración mediante la tecnología mCal, permite minimizar los efectos adversos de las condiciones externas. La Tabla 1 señala los factores a valorar cuando se evalúa qué arquitectura de amplificador es mejor para una aplicación determinada.

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