零飘移放大器巧妙的超射频信号,第2部分

[导读]切割的最终限制导致设计者研究另一种方法,即所谓的自动零点,这是特别可行的集成电路。这是一种动态校正技术,通过在放大器中采样和减去低频误差源来工作。

现代的零飘移放大器提供了处理许多光学生物信号和接近0赫兹的物理世界信号所需的极低的漂移和噪声性能。

切割的最终限制导致设计者研究另一种方法,即所谓的自动零点,这是特别可行的集成电路。这是一种动态校正技术,通过在放大器中采样和减去低频误差源来工作。

一种基本的自动零点放大器包括一个不可避免的偏移和噪声放大器、重新配置输入和输出的电子开关,以及一个自动零点采样电容器( 图1 ).

图1基本的自动零点放大器配置显示用于重新配置信号路径的开关,从而捕捉电容器上放大器固有的误差.

在自动零点阶段( 1 电路的输入被缩短到一个共同电压,而自动零电容器则采集输入偏移电压和噪声。放大器在此阶段用于信号放大的"不可用",因为它被另一个任务占用。为了克服这个问题,并允许一个自动零放大器以连续的方式工作,必须在所谓的"乒乓"自动零放大器中插入两个相同的通道,这是用户看不到的。

在放大阶段 2 输入连接到信号路径,放大器也可以用来放大信号。低频噪声、偏移和漂移通过自动自转来抵消,剩余的误差是电流值与先前样本误差的差。

因为低频率误差源并没有很大的变化 1 至 2 ,这个减法很有效。然而,高频噪音被称为基带,导致白噪音增加( 图2 ).

图2噪音功率谱密度由切割和自动零点动作决定,如在自动零点前(左至右)、自动零点后、切割后、自动零点后.

与一个非常好的精密操作放大器相比,自动零点器有多好?先进的自动零点IC放大器的性能是令人印象深刻的,他们通常比"非常好的"精密OP放大器的两个数量级的临界偏移,漂移,和噪音规格。因此,虽然它们的数字显然不是零,但它们非常接近于零。

例如,Ada4528模拟设备是一个单通道、铁路至轨道(rrr)零驱动放大器,其特点是:偏移电压为2.5微伏(最大),偏移电压仅为0.015兆伏/摄氏度(同样,最大),电压噪声密度为5.6纳伏(nv)/N2O赫兹(F=1千赫兹,增益为+100)和97NV 尖峰 (F=0.1赫兹至10赫兹,增益+100)。另一个类似设备零飘移放大器是Ada4522,它提供了5VV(最大)的偏移电压、22NV/°C(最大)的偏移电压漂移、由0.1NV(典型)至10赫兹(典型)的5.8NV(典型)和117NV(典型)的电压噪声密度,以及50皮坎普(典型)的输入偏置电流。

变得更好

通过仔细检查和调查每一个微妙的错误来源的根源,零流式集成电路的设计者已经能够设计出先进的或复杂的拓扑结构和过程方法来克服它们。它们不仅减少了这些工件的数量,而且还把它们放在较高的频率上,在系统级别上更容易过滤掉。第二级缺陷的来源有两个:

打皱 --将这些低频误差移动到切频率奇异谐波的切波调制技术的一个基本结果。

闪光艺术品 — 元素元素由切割开关上的电荷注入失配引起的这些故障的严重程度取决于许多因素,包括源阻抗和电荷不匹配的数量。

有好消息和坏消息,因为这些令人印象深刻的零飘移放大器已经开发。好消息是,与传统的高精度放大器相比,漂移和偏移误差已经减少了数量级。坏消息是,就像当一条河流在干旱中干涸,新的河床特征首次被揭示一样,几乎全部消除了一级和二级错误,使得所有类型和来源的微小的、剩余的三级错误源现在变得可见。

例如,对于零散放大器及其模拟信号通道,偏移误差的一个潜在来源是在两个不相似金属的连接处出现的塞贝克(热电偶)电压,这是连接处温度的函数。电路板上最常见的金属连接点是焊接到板的痕迹和焊接到组件的铅。

考虑焊接到印刷电路板( 图3 )。板上温度的变化,如T1与T2不同,会导致焊接接头塞贝克电压不匹配,从而导致热电压误差,降低零浮式放大器的超低偏移电压性能。