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ADI:斩波运算放大器中输入电流噪声和 偶次谐波折叠效应的剖析

文章转自ADI官网,版权归属原作者所有 摘要本文介绍了对一种斩波运算放大器输入电流噪声

文章转自ADI官网,版权归属原作者一切

摘要

本文介绍了对一种斩波运算扩大器输入电流噪声的理论剖析和测 量,该扩大器具有 10 pF输入电容、5.6 nV/√Hz电压噪声PSD和4 MHz单位增益带宽。当装备的闭环增益更高时,输入电流噪声以输入斩波器处动态电导的热噪声为主。此外,理论剖析确认了输入电流噪声的另一个来历—由输入斩波器处动态电导采样的扩大器电压噪声所引起。而且,在采样时,宽带电压噪声谱密度会折回到低频,使得相应的电流噪声谱密度实际上跟着闭环带宽的加宽而添加,因而装备的闭环增益越小,电流噪声谱密度越大。当闭环增益为10时,测得的电流噪声为0.28pA/√Hz,但在单位增益装备时,电流噪声添加到 0.77 pA/√Hz。

I.导言

斩波技能周期性地校对扩大器的失调电压,故能完成微伏级失调 电压和十分小的1/f噪声(其转机频率低于亚赫兹)1,2。因而,许多斩波运算扩大器和外表扩大器首要用于检测源阻抗和信号频率相对较低的小输入电压。其重要使用之一是扩大反映光、温度、磁场、力的毫伏级传感器信号,此类信号的频率大多低于千赫兹2 但是,比较于没有斩波的传统CMOS扩大器,输入斩波器的开关会引进高得多的输入偏置电流和输入电流噪声3,4。当扩大器的输入由高源阻抗驱动时,这种输入电流噪声会被转换为电压噪声,其 在扩大器全体噪声中或许占有主导地位3,4

文章“ 斩波扩大器中输入电流噪声的丈量和剖析”4解说了输入电 流噪声的各种或许来历,而且将与输入 MOS开关的电荷注入相关的散粒噪声确认为首要噪声源。但是,文章“带开关输入的扩大器中的额定电流噪声”5将输入斩波器处的动态电导的热噪声确认为首要噪声源。在一切从前的丈量中,扩大器的输出电压噪声经过扩大器输出到输入的反应衰减与输入斩波器阻隔。

尽管斩波运算扩大器传统上用于高闭环增益装备,但低闭环增益和/或高源阻抗装备也需求其低失调电压和低1/f噪声特性2。 因而,了解其在这些装备中的电流噪声行为十分重要。这篇文章简略介绍了高和低两种闭环增益装备下斩波运算扩大器的输入电流噪声剖析和丈量,拜见“选用自适应时钟增强技能的5.6 nV/√Hz斩波运算扩大器在轨到轨输入范围内完成最大0.5μV失调”6。它确认了输入电流噪声的另一个来历,即由输入斩波器的动态电导采样的运算扩大器宽带电压噪声所引起。此外,在采样时,来自斩波的偶次谐波频率的电压噪声功率谱密度(PSD)会折回到低频,导致相应的电流噪声PSD添加。因而,当闭环增益较低时,此噪声源在总输入电流噪声中或许占主导地位,使得运算扩大器的输出电压噪声以较小的衰减抵达输入斩波器。

第II部分回忆了从前陈述的输入电流噪声源,第III部分解说了由采样宽带电压噪声和相关的噪声谱折叠效应引起的输入电流噪声源的机制。第I V部分对运算扩大器的各种电流噪声源进行了一些数值核算6。第V部分将核算出的电流噪声与仿真和丈量成果进行比较,以验证剖析。第VI部分提出了关于下降输入电流噪声的一些主张,文章最终在第VII部分中给出了一些定论。

II. 从前陈述的输入电流噪声源

“斩波扩大器中输入电流噪声的丈量和剖析”一文中解说了如下三种电流噪声源。榜首,输入开关的通道电荷注入能够近似为均匀电流Iq_ave,然后导致散粒噪声:

5305-01-Equation-1

其间fCHOPP为斩波频率,而(WLCox)SW 和(VGS VTH)SW分别为开关的栅极氧化层电容和过驱电压。

第二,时钟驱动器发生kTCC噪声电荷,其被采样到开关的栅极氧化层电容上,然后噪声电荷在每次斩波时流入扩大器的输入:

5305-01-Equation-2
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