零漂移放大器采用獨特的自校正技術(shù)，可提供適用于通用和精密應用的超低輸入失調電壓（Vos）和接近零的隨時(shí)間和溫度輸入失調電壓漂移（dVos/dT）。TI的零漂移拓撲結構還提供了其他優(yōu)勢，包括無(wú)1/f噪聲，低寬帶噪聲和低失真——簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)復雜性并降低了成本。這可以通過(guò)兩種方式中的一種來(lái)完成；斬波器或自動(dòng)調零。本技術(shù)說(shuō)明將解釋標準的連續時(shí)間和零漂移放大器之間的差異。

 

 

零漂移放大器適用于各種通用和精密應用，使其從信號路徑的穩定性中受益。這些放大器出色的失調和漂移性能使其在信號路徑的早期特別有用，其中高增益配置和連接微伏信號的接口很常見(jiàn)。受益于此技術(shù)的常見(jiàn)應用還包括精密應變計和體重秤、電流分流測量、熱電偶、熱電堆和橋式傳感器接口。

 

 

系統性能可通過(guò)使用標準的連續時(shí)間放大器和系統級自動(dòng)校準機制進(jìn)行優(yōu)化。但是，這種額外的自動(dòng)校準需要復雜的硬件和軟件，從而增加了開(kāi)發(fā)的時(shí)間、成本和電路板空間。另一種更有效的解決方案是使用零漂移放大器，如OPA388。

 

傳統的軌到軌輸入CMOS架構具有兩個(gè)差分對；一個(gè)PMOS晶體管對（藍色）和一個(gè)NMOS晶體管對（紅色）。具有軌到軌輸入操作的零漂移放大器使用圖1所示的相同互補p溝道（藍色）和n溝道（紅色）輸入配置。

 

 

圖1.簡(jiǎn)化的PMOS/NMOS差分對

 

這種輸入架構的結果表現出一定程度的交越失真（有關(guān)交越失真的更多信息，請參閱零交越放大器：特性和優(yōu)勢）。但是，放大器的失調會(huì )通過(guò)其內部定期的校準來(lái)糾正，所以失調變化的幅度和交越失真大大減小。圖2顯示了標準CMOS軌到軌和零漂移放大器之間的失調的比較。

 

 

圖2.CMOS和零漂移輸入失調電壓比較

 

 

斬波零漂移放大器的內部結構可以具有與連續時(shí)間放大器一樣多的級數——主要區別在于第一級的輸入和輸出具有一組開(kāi)關(guān)，用于在每個(gè)校準周期內反轉輸入信號。圖3顯示了前半個(gè)周期。在前半周期，兩組開(kāi)關(guān)都配置為翻轉輸入信號兩次，但失調翻轉一次。這使輸入信號保持同相，但失調誤差極性相反。

 

 

圖3.內部結構的前半個(gè)周期

 

圖4顯示了后半個(gè)周期。在這里，兩組開(kāi)關(guān)都配置為通過(guò)未改變的方式傳遞信號和失調誤差。實(shí)際上，輸入信號永遠不會(huì )發(fā)生相位變化，始終保持不變。由于來(lái)自第一時(shí)鐘相位和第二時(shí)鐘相位的失調誤差極性相反，因此誤差被平均為零。

 

 

圖4.內部結構的后半個(gè)周期

 

在相同的開(kāi)關(guān)頻率下使用同步陷波濾波器來(lái)衰減任何殘留誤差。這個(gè)原理在整個(gè)放大器的輸入、輸出和環(huán)境操作過(guò)程中依然有效。從本質(zhì)上講，TI的零漂移技術(shù)憑借這種自我修正機制提供超高性能和卓越的精度。

 

表1顯示了連續時(shí)間和零漂移放大器的Vos和dVos/dT的比較。請注意，零漂移放大器的Vos和dVos/dT要小三個(gè)數量級。

 

 

自動(dòng)調零需要不同的拓撲結構，但功能相似。自動(dòng)調零技術(shù)在輸出端失真較少。斬波使得寬帶噪聲更低。

 

 

通常，零漂移放大器具有最低的1/f噪聲（0.1Hz - 10Hz）。1/f噪聲（也稱(chēng)為閃爍或粉紅噪聲）是低頻率的主要噪聲源，并且可能對精密直流應用有害。零漂移技術(shù)使用周期性自我校正機制有效地抵消緩慢變化的失調誤差（如溫漂和低頻噪聲）。

 

圖5顯示了零漂移（紅色）和連續時(shí)間（黑色）放大器的1/f和寬帶電壓噪聲頻譜密度。注意零漂移曲線(xiàn)沒(méi)有1/f電壓噪聲。

 

圖5.電壓噪聲比較

 

再次，為什么選擇零漂移放大器？

 

零漂移放大器可提供超低輸入失調電壓，接近零的隨溫度和時(shí)間輸入失調電壓漂移，并且無(wú)1/f 電壓噪聲——這些設計因素對通用和精密應用至關(guān)重要。

 

 

下面的表2重點(diǎn)介紹了TI的一些零漂移放大器。有關(guān)完整列表，請點(diǎn)擊查看德州儀器的參數搜索工具結果。

 

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