如何利用零漂移放大器实现高精度系统设计?

问:ADI 零漂移放大器设计技术是什么?

答:零漂移放大器设计技术已经取得了多项突破。ADI 为一种新型斩波技术申请了专利,它利用一个称为自动校正反馈(ACFB)的本地反馈环路来消除失调电压。该反馈环路有助于实现更低的失调电压和漂移,从而防止在整个输出中出现电压纹波。其简化框图如图1所示。

“图1:放大器功能框图”
图1:放大器功能框图

它由一条带自动校正反馈 (ACFB) 功能的高直流增益路径和一条高频前馈路径并联而成。输入基带信号最初由输入斩波开关网络 CHOP1 调制。然后,输出斩波开关网络 CHOP2 解调输入信号,并将跨导放大器Gm1 的初始失调和 1/f 噪声调制到斩波频率。在 ACFB 环路中,初始失调和1/f噪声由斩波网络 CHOP3 解调到直流域,经过陷波滤波器滤波后馈入Gm1的调零输入端。Gm1 进而消除初始失调和 1/f 噪声。这样,ACFB 环路有选择性地抑制不需要的失调电压和 1/f 噪声,同时又不会干扰所需的输入基带信号。高频前馈路径的作用是放大接近或高于斩波频率的任何高频输入信号,它还能旁路 ACFB 环路造成的相移。

问:零漂移放大器的电压噪声密度特性与非零漂移放大器有何不同?

答:1/f 噪声又称闪烁噪声,是半导体器件的固有特性,随着频率降低而提高。因此,它是直流或低频时的主要噪声。放大器的 1/f 转折频率是指闪烁噪声与宽带噪声相等时的频率。

图2显示了一个非零漂移放大器的电压噪声密度示例,其 1/f 转折频率为800Hz。对于直流或低频应用,1/f 噪声是主要的噪声源,如果被电路噪声增益放大,它会产生显著的输出电压噪声。另一方面,零漂移放大器对该电压噪声进行整形,以便消除 1/f 噪声。由于 1/f 噪声表现为缓慢变化的失调量,因此能被斩波技术有效消除。当噪声频率接近DC时,校正变得更加有效,噪声随着频率降低而指数式提高的倾向得以消除。因此,比起标准型低噪声放大器,零漂移放大器的 0。1Hz 至 10Hz 电压噪声通常低的多,因为标准型低噪声放大器的 0。1Hz 至 10Hz 电压噪声易受 1/f 噪声的影响。

“图2:非零漂移放大器——电压噪声密度与频率的关系”
图2:非零漂移放大器——电压噪声密度与频率的关系

图3显示了一个无 1/f 电压噪声的零漂移放大器的电压噪声密度。

“图3:零漂移放大器:电压噪声密度与频率的关系”
图3:零漂移放大器:电压噪声密度与频率的关系

看完本文,对零漂移放大器的选择,你是否又多了一层认识呢?

本文转载自:亚德诺半导体
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