引言

　　零漂移放大器采用獨特的自校正技術，可提供適用于通用和精密應用的超低輸入失調(diào)電壓(Vos)和接近零的隨時間和溫度輸入失調(diào)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1/f噪聲,低寬帶噪聲和低失真——簡化了開發(fā)復雜性并降低了成本。這可以通過兩種方式中的一種來完成;斬波器或自動調(diào)零。本技術說明將解釋標準的連續(xù)時間和零漂移放大器之間的差異。

　　適用零漂移放大器的應用

　　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(wěn)定性中受益。這些放大器出色的失調(diào)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。受益于此技術的常見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。

　　軌到軌零漂移放大器

　　系統(tǒng)性能可通過使用標準的連續(xù)時間放大器和系統(tǒng)級自動校準機制進行優(yōu)化。但是，這種額外的自動校準需要復雜的硬件和軟件，從而增加了開發(fā)的時間、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(tǒng)的軌到軌輸入CMOS架構具有兩個差分對;一個PMOS晶體管對(藍色)和一個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.簡化的PMOS/NMOS差分對

　　這種輸入架構的結果表現(xiàn)出一定程度的交越失真(有關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(diào)會通過其內(nèi)部定期的校準來糾正，所以失調(diào)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(diào)的比較。

　　圖2.CMOS和零漂移輸入失調(diào)電壓比較

　　零漂移如何工作

　　斬波零漂移放大器的內(nèi)部結構可以具有與連續(xù)時間放大器一樣多的級數(shù)——主要區(qū)別在于第一級的輸入和輸出具有一組開關，用于在每個校準周期內(nèi)反轉(zhuǎn)輸入信號。圖3顯示了前半個周期。在前半周期，兩組開關都配置為翻轉(zhuǎn)輸入信號兩次，但失調(diào)翻轉(zhuǎn)一次。這使輸入信號保持同相，但失調(diào)誤差極性相反。

　　圖3.內(nèi)部結構的前半個周期

　　圖4顯示了后半個周期。在這里，兩組開關都配置為通過未改變的方式傳遞信號和失調(diào)誤差。實際上，輸入信號永遠不會發(fā)生相位變化，始終保持不變。由于來自第一時鐘相位和第二時鐘相位的失調(diào)誤差極性相反，因此誤差被平均為零。

　　圖4.內(nèi)部結構的后半個周期

　　在相同的開關頻率下使用同步陷波濾波器來衰減任何殘留誤差。這個原理在整個放大器的輸入、輸出和環(huán)境操作過程中依然有效。從本質(zhì)上講，TI的零漂移技術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(xù)時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要小三個數(shù)量級。

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

　　零漂移放大器中的噪聲

　　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。零漂移技術使用周期性自我校正機制有效地抵消緩慢變化的失調(diào)誤差(如溫漂和低頻噪聲)。

　　圖5顯示了零漂移(紅色)和連續(xù)時間(黑色)放大器的1/f和寬帶電壓噪聲頻譜密度。注意零漂移曲線沒有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(diào)電壓，接近零的隨溫度和時間輸入失調(diào)電壓漂移，并且無1/f 電壓噪聲——這些設計因素對通用和精密應用至關重要。

　　其它資源

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

     作者：德州儀器 Errol Leon, Richard Barthel, Tamara Alani