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什么是零漂移扩大器？
零漂移扩大器可动态校对其失调电压并重整其噪声密度。自稳零型和斩波型是两种常用类型，可完成 nV 级失调电压和极低的失调电压时刻/温度漂移。扩大器的1/f 噪声也视为直流差错，也可一起消除。零漂移扩大器为规划师供给了许多优点：首要，温漂和 1/f 噪声在体系中一直起着搅扰效果，很难以其它方法消除，其次，相对于规范的扩大器，零漂移扩大器具有较高的开环增益、电源按捺比和共模按捺比，别的，在相同的装备下，其总输出差错低于选用规范精细扩大器的输出差错。
零漂移扩大器合适哪些运用？
零漂移扩大器适用于预期规划寿数 10 年以上的体系，以及运用高闭环增益 (>100) 和低频 (<100 Hz)、低起伏信号的信号链。运用示例包含精细电子秤、医疗仪器、精细计量设备和红外/电桥/热电堆传感器接口。
自稳零型扩大器的作业原理
自稳零型扩大器，如AD8538、AD8638、AD8551 和 AD8571系列，一般分两个时钟阶段校对输入失调。在时钟阶段A中，开关φA 闭合，开关φB 断开，如图 1 所示。指零扩大器的失调电压经过丈量后，储存在电容 CM1上。
在时钟阶段 B 中，开关φB 闭合，开关φA 断开，如图 2 所示。主扩大器的失调电压经过丈量后，储存在电容CM2上，一起，储存在电容CM1中的电压调理指零扩大器的失调。然后，在处理输入信号时将总失调电压施加到主扩大器上。
采样坚持功用会将自稳零型扩大器变为采样数据体系，使其容易发生混叠和折回效应。低频时，噪声改变缓慢，因而两个接连噪声采样相减可完成真实的抵消。高频时，这种相关性削弱，相减差错导致宽带成分折回基带。因而，自稳零型扩大器的带内噪声高于规范运算扩大器。为了削减低频噪声，有必要进步采样频率，但这会引进额定的电荷注入。信号途径仅包含主扩大器，因而能够获得相对较大的单位增益带宽。
斩波扩大器的作业原理
图 3 显现斩波型扩大器 ADA4051 的功用框图，它选用本地主动校对反应 (ACFB) 环路。主信号途径包含输入斩波网络CHOP1、跨导扩大器 Gm1、输出斩波网络 CHOP2 和跨导扩大器Gm2。CHOP1 和CHOP2 将来自Gm 1 初始失谐和1/f 噪声调制到斩波频率。跨导扩大器 Gm3 检测 CHOP2 输出端的调制纹波，斩波网络 CHOP3 将该纹波解调回 DC。一切三个斩波网络的开关频率均为40 kHz。最终，跨导扩大器Gm4 消除 Gm1 输出端的直流成分，不然，它会作为纹波呈现在总输出中。开关电容陷波滤波器 (SCNF) 有挑选地按捺不需求的失调相关纹波，但不会搅扰总输出中的有用输入信号，它与斩波时钟同步，以便彻底地滤除调制重量。
这两种技能能够结合运用吗？
ADI公司新系列扩大器正是这样做的。图4所示的零漂移扩大器AD8628一起运用自稳零和斩波技能来下降斩波频率时的能量，一起将低频噪声坚持在十分低的水平。相对于传统零漂移扩大器，这种技能组合能够完成更宽的带宽。
运用零漂移扩大器时会遇到哪些运用问题？
零漂移扩大器是运用数字电路动态校对模仿失调差错的复合扩大器。数字开关动作会形成电荷注入、时钟馈通、交调失真和过载恢复时刻延伸，然后或许在规划欠安的模仿电路中引起问题。时钟馈通的起伏跟着闭环增益或信号源阻抗增大而增大；在输出端添加一个滤波器，或许在同相输入端运用一个低值电阻，能够减小其影响。此外，输入频率越挨近斩波频率，零漂移扩大器的输出纹波越大。
对频率高于内部时钟频率的信号有何影响？
频率高于自稳零频率的信号会被扩大。自稳零型扩大器的速度取决于增益带宽积，后者取决于主扩大器，而不是零点校准扩大器；自稳零频率指示何时开端呈现开关伪像。
自稳零型与斩波型有何差异？
自稳零型经过采样校对失调，斩波型则选用调制和解调。采样会导致噪声折回基带，因而自稳零型扩大器的带内噪声较大。为了按捺噪声，需求运用更大电流，因而其功耗一般较高。斩波型扩大器具有与其平带噪声共同的低频噪声，但在斩波频率时会发生很多能量和谐波。或许需求进行输出滤波，因而这些扩大器最合适低频运用。自稳零和斩波技能的典型噪声特性如图 5 所示。
何时用自稳零型扩大器？何时用斩波型扩大器？
斩波型扩大器合适低功耗、低频运用(<100 Hz)，自稳零型扩大器则更合适宽带运用。AD8628集自稳零和斩波两种技能于一体，可谓要求低噪声、无开关毛刺、宽带宽运用的抱负之选。表1列出一些规划的利害要素。
表1
| 自稳零型 | 斩波稳定型 | 斩波稳定型+ 自稳零型 |
| 极低失调, TCVOS | 极低失调, TCVOS | 极低失调, TCVOS |
| 采样坚持 | 调制/解调 | 采样坚持, 调制/解调 |
| 混叠导致低频噪声较高 | 类似于平带噪声（无混叠） | 随频率散布的组合噪声 |
| 功耗较高 | 功耗较低 | 功耗较高 |
| 宽带宽 | 窄带宽 | 带宽最宽 |
| 纹波最小 | 纹波最大 | 纹波水平低于斩波型 |
| 在自稳零频率上的能量很小 | 在斩波频率上能量很大 | 在自稳零频率上的能量很小 |
ADI 公司的哪些零漂移扩大器最受欢迎？
表 2 列出了ADI 公司的一些代表性零漂移扩大器。
表2
| 产品型号 | 电源电压 | 轨到轨 | 最小值时带宽 (MHz) | 压摆率 (V/μs) | Vos 最大值 (μV) | TCVOS 典型值 (μV/°C) | ||||
| 单路 | 双路 | 四路 | 最小值 | 最大值 | 输入 | 输出 | ||||
| AD8628 | AD8629 | AD8630 | 2.7 | 5.5 | • | • | 2.5 | 1 | 5 | 0.002 |
| AD8538 | AD8539 | 2.7 | 5.5 | • | • | 0.43 | 0.4 | 13 | 0.03 | |
| AD8638 | AD8639 | 4.5 | 16 | • | 1.35 | 2.5 | 9 | 0.01 | ||
| AD8551 | AD8552 | AD8554 | 2.7 | 5.5 | • | • | 1.5 | 0.4 | 5 | 0.005 |
| AD8571 | AD8572 | AD8574 | 2.7 | 5.5 | • | • | 1.5 | 0.4 | 5 | 0.005 |
| ADA4051-1 | ADA4051-2 | 1.8 | 5.5 | • | • | 0.115 | 0.04 | 15 | 0.02 | |
表2
| 产品型号 | CMRR 最小值 (dB) | PSRR 最小值 (dB) | AVOL 最小值 (dB) | 1 kHz时噪声 (nV/√Hz) | 每个扩大器IS/最大值 (mA) | 拓扑结构 | ||
| 单路 | 双路 | 四路 | ||||||
| AD8628 | AD8629 | AD8630 | 120 | 115 | 125 | 22 | 1.1 | AZ, C |
| AD8538 | AD8539 | 115 | 105 | 115 | 50 | 0.18 | AZ | |
| AD8638 | AD8639 | 118 | 127 | 120 | 60 | 1.3 | AZ | |
| AD8551 | AD8552 | AD8554 | 120 | 120 | 125 | 42 | 0.975 | AZ |
| AD8571 | AD8572 | AD8574 | 120 | 120 | 125 | 51 | 0.975 | AZ |
| ADA4051-1 | ADA4051-2 | 105 | 110 | 106 | 95 | 0.017 | C | |
参阅电路
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Bridge-Type Sensor Measurements Are Enhanced by Auto-Zeroed Instrumentation Amplifiers
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Demystifying Auto-Zero Amplifiers—Part 1
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Demystifying Auto-Zero Amplifiers—Part 2
- MT-055 Tutorial, Chopper Stabilized (Auto-Zero) Precision Op Amps
