什麼是零漂移放大器？

 

零漂移放大器可動態校正其失調電壓並重整其噪聲密度。自穩零型和斬波型是兩種常用類型，可實現 nV 級失調電壓和極低的失調電壓時間/溫度漂移。放大器的1/f 噪聲也視為直流誤差，也可一並消除。零漂移放大器為設計師提供了很多好處：首先，溫漂和 1/f 噪聲在係統中始終起著幹擾作用，很難以其它方式消除，其次，相對於標準的放大器

，零漂移放大器具有較高的開環增益、電源抑製比和共模抑製比，另外，在相同的配置下，其總輸出誤差低於采用標準精密放大器的輸出誤差。

 

零漂移放大器適合哪些應用
？

 

零漂移放大器適用於預期設計壽命 10 年以上的係統，以及使用高閉環增益 (>100) 和低頻 (<100 Hz)
、低幅度信號的信號鏈。應用示例包括精密電子秤、醫療儀器
、精密計量設備和紅外/電橋/熱電堆傳感器接口。

 

自穩零型放大器的工作原理

 

自穩零型放大器，如AD8538、AD8638
、AD8551 和 AD8571係列
，通常分兩個時鍾階段校正輸入失調。在時鍾階段A中，開關φA 閉合
，開關 φB 斷開，如圖 1 所示。指零放大器的失調電壓經過測量後，儲存在電容 CM1上。

 

圖1. 自穩零型放大器的階段A：零點校準階段

 

在時鍾階段 B 中
，開關φB 閉合，開關φA 斷開，如圖 2 所示。主放大器的失調電壓經過測量後

，儲存在電容CM2上，同時，儲存在電容CM1中的電壓調節指零放大器的失調。進而，在處理輸入信號時將總失調電壓施加到主放大器上。

 

圖 2. 自穩零型放大器的階段 B：自穩零階段

 

采cai樣yang保bao持chi功gong能neng會hui將jiang自zi穩wen零ling型xing放fang大da器qi變bian為wei采cai樣yang數shu據ju係xi統tong，使shi其qi容rong易yi發fa生sheng混hun疊die和he折zhe回hui效xiao應ying。低di頻pin時shi，噪zao聲sheng變bian化hua緩huan慢man，因yin此ci兩liang個ge連lian續xu噪zao聲sheng采cai樣yang相xiang減jian可ke實shi現xian真zhen正zheng的de抵di消xiao。高gao頻pin時shi，這zhe種zhong相xiang關guan性xing減jian弱ruo，相xiang減jian誤wu差cha導dao致zhi寬kuan帶dai成cheng分fen折zhe回hui基ji帶dai。因yin此ci
，自zi穩wen零ling型xing放fang大da器qi的de帶dai內nei噪zao聲sheng高gao於yu標biao準zhun運yun算suan放fang大da器qi。為wei了le減jian少shao低di頻pin噪zao聲sheng
，必bi須xu提ti高gao采cai樣yang頻pin率lv，但dan這zhe會hui引yin入ru額e外wai的de電dian荷he注zhu入ru。信xin號hao路lu徑jing僅jin包bao括kuo主zhu放fang大da器qi，因yin而er可ke以yi獲huo得de相xiang對dui較jiao大da的de單dan位wei增zeng益yi帶dai寬kuan。

 

斬波放大器的工作原理

 

圖 3 顯示斬波型放大器 ADA4051 的功能框圖，它采用本地自動校正反饋 (ACFB) 環路。主信號路徑包括輸入斬波網絡CHOP1、跨導放大器 Gm1
、輸出斬波網絡 CHOP2 和跨導放大器Gm2。CHOP1 和CHOP2 將來自Gm 1 初始失調和1/f 噪聲調製到斬波頻率。跨導放大器 Gm3 檢測 CHOP2 輸出端的調製紋波，斬波網絡 CHOP3 將該紋波解調回 DC。所有三個斬波網絡的開關頻率均為40 kHz。最後，跨導放大器Gm4 消除 Gm1 輸出端的直流成分，否則
，它會作為紋波出現在總輸出中。開關電容陷波濾波器 (SCNF) 有選擇地抑製不需要的失調相關紋波，但不會幹擾總輸出中的有用輸入信號
，它與斬波時鍾同步，以便完全地濾除調製分量。

 

圖3. ADA4051 所用斬波方案

 

這兩種技術可以結合使用嗎

？

 

ADI公司新係列放大器正是這樣做的。圖4所示的零漂移放大器AD8628tongshishiyongziwenlinghezhanbojishulaijiangdizhanbopinlvshidenengliang，tongshijiangdipinzaoshengbaochizaifeichangdideshuiping。xiangduiyuchuantonglingpiaoyifangdaqi
，zhezhongjishuzuhekeyishixiangengkuandedaikuan。

 

圖 4. AD8628 集自穩零和斬波於一體
，可實現更寬的帶寬

 

使用零漂移放大器時會遇到哪些應用問題
？

 

零漂移放大器是利用數字電路動態校正模擬失調誤差的複合放大器。數字開關動作會造成電荷注入、時鍾饋通、交調失真和過載恢複時間延長，從而可能在設計不佳的模擬電路中引起問題。時鍾饋通的幅度隨著閉環增益或信號源阻抗增大而增大；在(zai)輸(shu)出(chu)端(duan)增(zeng)加(jia)一(yi)個(ge)濾(lv)波(bo)器(qi)，或(huo)者(zhe)在(zai)同(tong)相(xiang)輸(shu)入(ru)端(duan)使(shi)用(yong)一(yi)個(ge)低(di)值(zhi)電(dian)阻(zu)，可(ke)以(yi)減(jian)小(xiao)其(qi)影(ying)響(xiang)。此(ci)外(wai)
，輸(shu)入(ru)頻(pin)率(lv)越(yue)接(jie)近(jin)斬(zhan)波(bo)頻(pin)率(lv)，零(ling)漂(piao)移(yi)放(fang)大(da)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)紋(wen)波(bo)越(yue)大(da)。

 

對頻率高於內部時鍾頻率的信號有何影響
？

 

頻率高於自穩零頻率的信號會被放大。自穩零型放大器的速度取決於增益帶寬積
，後者取決於主放大器，而不是零點校準放大器；自穩零頻率指示何時開始出現開關偽像。

 

自穩零型與斬波型有何區別
？

 

自(zi)穩(wen)零(ling)型(xing)通(tong)過(guo)采(cai)樣(yang)校(xiao)正(zheng)失(shi)調(tiao)，斬(zhan)波(bo)型(xing)則(ze)采(cai)用(yong)調(tiao)製(zhi)和(he)解(jie)調(tiao)。采(cai)樣(yang)會(hui)導(dao)致(zhi)噪(zao)聲(sheng)折(zhe)回(hui)基(ji)帶(dai)，因(yin)此(ci)自(zi)穩(wen)零(ling)型(xing)放(fang)大(da)器(qi)的(de)帶(dai)內(nei)噪(zao)聲(sheng)較(jiao)大(da)。為(wei)了(le)抑(yi)製(zhi)噪(zao)聲(sheng)，需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)更(geng)大(da)電(dian)流(liu)
，因(yin)此(ci)其(qi)功(gong)耗(hao)一(yi)般(ban)較(jiao)高(gao)。斬(zhan)波(bo)型(xing)放(fang)大(da)器(qi)具(ju)有(you)與(yu)其(qi)平(ping)帶(dai)噪(zao)聲(sheng)一(yi)致(zhi)的(de)低(di)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)，但(dan)在(zai)斬(zhan)波(bo)頻(pin)率(lv)時(shi)會(hui)產(chan)生(sheng)大(da)量(liang)能(neng)量(liang)和(he)諧(xie)波(bo)。可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)輸(shu)出(chu)濾(lv)波(bo)，因(yin)此(ci)這(zhe)些(xie)放(fang)大(da)器(qi)最(zui)適(shi)合(he)低(di)頻(pin)應(ying)用(yong)。自(zi)穩(wen)零(ling)和(he)斬(zhan)波(bo)技(ji)術(shu)的(de)典(dian)型(xing)噪(zao)聲(sheng)特(te)性(xing)如(ru)圖(tu) 5 所示。

 

圖5. 各種放大器結構的典型噪聲與頻率的關係

 

何時用自穩零型放大器？何時用斬波型放大器？

 

斬波型放大器適合低功耗、低頻應用(<100 Hz)
，自穩零型放大器則更適合寬帶應用。AD8628集自穩零和斬波兩種技術於一體，堪稱要求低噪聲、無開關毛刺、寬帶寬應用的理想之選。表1列出一些設計的利弊因素。

 

表1

 

ADI 公司的哪些零漂移放大器最受歡迎？

 

表 2 列出了ADI 公司的一些代表性零漂移放大器。

 

表2

 

表2

 

參考電路

 

1. Bridge-Type Sensor Measurements Are Enhanced by Auto-Zeroed Instrumentation Amplifiers

 

2. Demystifying Auto-Zero Amplifiers—Part 1

 

3. Demystifying Auto-Zero Amplifiers—Part 2

 

4. MT-055 Tutorial, Chopper Stabilized (Auto-Zero) Precision Op Amps

 

 

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