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自動調(diào)零運(yùn)算放大器――便攜式信號調(diào)理應(yīng)用固有的優(yōu)點

作者: 時間:2009-03-18 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

乍一看,“調(diào)零”好像是個新術(shù)語,但事實上這一概念已存在幾十年了。本文將探討調(diào)零運(yùn)放的歷史,并將大致描述該架構(gòu)。此外,本文還將探討該架構(gòu)在中固。最后還將分析一個示例,以進(jìn)一步比較調(diào)零運(yùn)放的架構(gòu)與傳統(tǒng)運(yùn)放的架構(gòu)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/181441.htm

簡史
斬波已誕生幾十年了,追溯起來將近有60年。斬波的發(fā)明是為了滿足極低失調(diào)、低漂移運(yùn)放的需要。在那時,斬波放大器的性能比雙極型運(yùn)放優(yōu)越。原始斬波放大器的輸入和輸出由開關(guān)控制(或斬波),對輸入進(jìn)行調(diào)制,校正失調(diào)誤差,然后在輸出時解調(diào)。該技術(shù)可確保失調(diào)電壓和漂移很低,但也有其局限。由于要對放大器的輸入進(jìn)行采樣,因此輸入的頻率必須低于斬波頻率的一半,以避免混疊。除了帶寬限制外,斬波操作還會導(dǎo)致出現(xiàn)顯著毛刺,需要在輸出端進(jìn)行濾波,以濾除所造成的紋波。


作為下一代自校正放大器代表的斬波穩(wěn)態(tài)運(yùn)放使斬波放大器的性能獲得了極大改進(jìn)。該架構(gòu)使用了兩個放大器:“主”放大器和“調(diào)零”放大器,如圖1所示。調(diào)零放大器通過將輸入端短路并對其自身的調(diào)零引腳施加校正信號來校正其自身的失調(diào)誤差,隨后監(jiān)視并校正主放大器的失調(diào)。因為主放大器始終連接到IC的輸入和輸出,因此輸入信號的帶寬由主放大器的帶寬決定,而不再取決于斬波頻率。這一特性使該架構(gòu)相對于早期的斬波放大器有很大的優(yōu)勢。開關(guān)操作造成的電荷注入仍是個問題,這可能導(dǎo)致信號瞬變,并且注入的電荷會與輸入信號耦合,造成互調(diào)失真。

圖1簡化的斬波穩(wěn)態(tài)功能框圖


自動調(diào)零架構(gòu)在概念上與斬波穩(wěn)態(tài)放大器相似,即有一個調(diào)零放大器和一個主放大器。但是,經(jīng)過了多年的重大改進(jìn),目前自動調(diào)零架構(gòu)的噪聲、電荷注入和其他與斬波穩(wěn)態(tài)運(yùn)放相關(guān)的性能問題都被降到了最小的程度。不同的制造商使用不同術(shù)語定義該架構(gòu),例如,“自動調(diào)零”、“自動相關(guān)調(diào)零”以及“零漂移”。無論術(shù)語如何表達(dá),基本的底層架構(gòu)都是相同的。

自動調(diào)零架構(gòu)的優(yōu)勢
如上所述,自動調(diào)零架構(gòu)會持續(xù)地自校正放大器的失調(diào)電壓誤差。這就形成了相對于傳統(tǒng)運(yùn)放的幾個獨特優(yōu)勢。


1低失調(diào)電壓
調(diào)零放大器持續(xù)地消除其自身的失調(diào)電壓,然后對主放大器施加校正信號。該校正信號的頻率取決于實際的設(shè)計,但通常每秒發(fā)生幾千次。例如,Microchip Technology的MCP6V01自動調(diào)零放大器每100μs校正一次主放大器,即每秒一萬次。這種持續(xù)校正可確保極低的失調(diào)電壓,比傳統(tǒng)運(yùn)放低得多。此外,校正失調(diào)電壓的過程還會校正其他直流規(guī)范,例如電源抑制和共模抑制。因此,自動調(diào)零放大器能實現(xiàn)比傳統(tǒng)放大器更優(yōu)異的抑制能力。


2 溫度和時間漂移低
所有放大器,無論其工藝技術(shù)和架構(gòu)如何,都會隨溫度和時間變化產(chǎn)生失調(diào)電壓。多數(shù)運(yùn)放用V/℃來描述該失調(diào)的溫度漂移。該漂移在不同放大器間可能差別很大。對于傳統(tǒng)放大器,通常介于幾到幾十μV/℃之間,這在高精度中可能是個大問題;和初始失調(diào)誤差不同,該漂移無法用一次性系統(tǒng)校正來消除。


除了溫度漂移外,放大器的失調(diào)電壓也會隨著時間而改變。對于傳統(tǒng)運(yùn)放,該時間漂移(有時稱為累增)通常不會在數(shù)據(jù)手冊中指出,但它會在器件的整個使用壽命中產(chǎn)生顯著的誤差。


自動調(diào)零架構(gòu)固特性,使它能通過持續(xù)地自校正失調(diào)電壓,盡可能減少溫度漂移和時間漂移。這樣,自動調(diào)零放大器相比傳統(tǒng)運(yùn)放在漂移性能方面有顯著改善。例如,前面提到的MCP6V01運(yùn)放的最大溫度漂移只有50nV/℃。


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