EmmaChen

自稳零和斩波技术可以结合使用吗?

EmmaChen 在 2016-9-18 建立的討論區
最後回覆由EmmaChen於2016-9-19提供

“自稳零和斩波技术可以结合使用吗?”

在回答这个问题之前,我们先来认识“什么是自稳零”、“什么是斩波技术”以及它们之间的区别。

 

从自稳零型放大器的工作原理中认识自稳零
自稳零型放大器,如AD8538、AD8638、AD8551和AD8571系列,通常分两个时钟阶段校正输入失调。

 

在时钟阶段A中,开关φA闭合,开关φB断开,如图1所示。指零放大器的失调电压经过测量后,储存在电容CM1上。

fig1

图1. 自稳零型放大器的阶段A:零点校准阶段

 

 

在时钟阶段B中,开关φB闭合,开关φA断开,如图2所示。主放大器的失调电压经过测量后,储存在电容CM2上,同时,储存在电容CM1中的电压调节指零放大器的失调。进而,在处理输入信号时将总失调电压施加到主放大器上

fig2

图2. 自稳零型放大器的阶段B:自稳零阶段

 

 

采样保持功能会将自稳零型放大器变为采样数据系统,使其容易发生混叠和折回效应。低频时,噪声变化缓慢,因此两个连续噪声采样相减可实现真正的抵消。高频时,这种相关性减弱,相减误差导致宽带成分折回基带。因此,自稳零型放大器的带内噪声高于标准运算放大器。为了减少低频噪声,必须提高采样频率,但这会引入额外的电荷注入。信号路径仅包括主放大器,因而可以获得相对较大的单位增益带宽。

 

 

同样,我们从斩波放大器的工作原理中认识斩波技术
图3显示斩波型放大器ADA4051的功能框图,它采用本地自动校正反馈(ACFB)环路。主信号路径包括输入斩波网络CHOP1、跨导放大器Gm1、输出斩波网络CHOP2和跨导放大器Gm2。CHOP1和CHOP2将来自Gm 1初始失调和1/f噪声调制到斩波频率。跨导放大器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。所有三个斩波网络的开关频率均为40 kHz。最后,跨导放大器Gm4消除Gm1输出端的直流成分,否则,它会作为纹波出现在总输出中。开关电容陷波滤波器(SCNF)有选择地抑制不需要的失调相关纹波,但不会干扰总输出中的有用输入信号,它与斩波时钟同步,以便完全地滤除调制分量。

fig3

图3. ADA4051所用斩波方案

 

 

自稳零型与斩波型有何区别?
自稳零型通过采样校正失调,斩波型则采用调制和解调。采样会导致噪声折回基带,因此自稳零型放大器的带内噪声较大。为了抑制噪声,需要使用更大电流,因此其功耗一般较高。斩波型放大器具有与其平带噪声一致的低频噪声,但在斩波频率时会产生大量能量和谐波。可能需要进行输出滤波,因此这些放大器最适合低频应用。自稳零和斩波技术的典型噪声特性如图4所示。

fig5

图4. 各种放大器结构的典型噪声与频率的关系

 

 

“自稳零和斩波技术可以结合使用吗?”

ADI零漂移放大器AD8628正是这样做的,该器件同时使用自稳零和斩波技术来降低斩波频率时的能量,同时将低频噪声保持在非常低的水平。相对于传统零漂移放大器,这种技术组合可以实现更宽的带宽。

fig4

图5. AD8628集自稳零和斩波于一体,可实现更宽的带宽

 

AD8628可提供以前只有昂贵的自稳零或斩波稳定放大器才具有的特性优势,它采用ADI的电路拓扑结构,将低成本与高精度、低噪声特性融于一体,且无需外部电容。此外,AD8628还大大降低了大多数斩波稳定放大器所具有的数字开关噪声。

 

AD8628的失调电压仅为1 µV,失调电压漂移小于0.005 μV/°C,噪声仅为0.5 µV p-p(0 Hz至10 Hz),因而适合不容许存在误差源的应用。该器件在工作温度范围内的漂移接近零,对位置和压力传感器、医疗设备以及应变计放大器应用极为有利。许多系统都可以利用AD8628提供的轨到轨输入和输出摆幅能力,以降低输入偏置复杂度,并使信噪比达到最大。

結果