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可用于高精度电路的零漂移放大器

2015-10-23 10:50
九一隐士
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  有多种方法可以减少开关伪像的影响。这些方法最终都有赖于限制放大器带宽,使其低于开关频率。使用滤波器是抑制噪声尖峰的有效方式。最简单的设计是在放大器输出端放置一个电阻-电容网络,形成低通滤波器(图7A)。图8显示了零漂移放大器的电压噪声密度,后置滤波器设计为低于开关频率10%或20%。800 kHz时的噪声尖峰从36 nV/Hz(无后置滤波器)下降到4.1 nV/Hz(后置滤波器为80 kHz),低于放大器的低频宽带噪声水平。由于后置滤波器位于开关频率以下20%频率处(后置滤波器为8 kHz),噪声尖峰不再可见,而ADA4522-2与其他任何传统放大器都别无二致。

  某些应用可能无法在放大器输出端使用RC网络。放大器输出电流流过滤波器电阻,导致电压失调,引起输出误差。这种情况下,可以选择在反馈环路两端放置一个反馈电容来过滤噪声尖峰(图7(b))。图9显示的是放大器配置为增益10时,无滤波以及在开关频率下方10%处有后置滤波器或反馈滤波器情况下的输出电压噪声密度。后置滤波器配置作为低通滤波器而言,比反馈电容更为有效。

可用于高精度电路的零漂移放大器

  图9. 开关伪像随滤波而减少

  在高增益配置下使用零漂移放大器会有所帮助

  很多设计人员都会使用零漂移放大器,但并未在系统中观察到任何开关伪像。放大器配置可能是其中一个原因。零漂移放大器具有低漂移和失调特性,常用来在高增益(比如100到1000的增益)配置中对低电平幅度传感器信号执行信号调理。在高增益配置下使用放大器的效果与在放大器端放置一个低通滤波器的效果是一样的。随着增益的增加,带宽会下降。图10显示了高增益配置如何降低开关效应。当闭环增益为100时,开关伪像在噪声曲线上几乎不可见。

可用于高精度电路的零漂移放大器

  图10. 放大器带宽随增益滚降

  ADA4522-2用作零漂移放大器的优势

  ADI最新的零漂移运算放大器ADA4522-2采用专利和创新的电路拓扑,可实现高开关频率,并且相比之前的产品能最大程度减少开关伪像。当单位增益带宽为3 MHz且开关频率为800 kHz和4.8 MHz时,40的增益配置便足够过滤开关伪像,无需外部低通滤波。该器件具有低失调电压漂移(22 nV/°C最大值)、低噪声(5.8 nV/Hz,增益配置为100)、低输入偏置电流(150 pA最大值)、高共模抑制和电源抑制性能,是电子秤、电流检测、温度传感器前端、称重传感器和桥式传感器等精密应用以及其他大量漂移关键型应用的理想选择。

  结论

  零漂移放大器具有极低的失调电压和漂移,是要求针对低电平信号进行高精度放大应用的理想选择。下文提供一些使用建议。

  所有零漂移放大器都存在一定程度的开关伪像,这通常在电压噪声密度曲线中可以检测到。

  不同器件的开关伪像幅度也有所不同。

  器件之间开关频率的最大差异可达20%。

  开关伪像可在频域和时域中检测到。取决于具体应用,开关伪像可能导致误差。

  零漂移放大器通常用于高增益配置中;此时带宽下降,因而很多情况下开关伪像不会导致任何问题。

  减少开关伪像,从而降低输出误差量很重要。使用一个低通滤波器(RC后置滤波器或反馈电容)以便在开关频率之前滚降放大器带宽便可抑制伪像。

  高开关频率可降低滤波器对于较宽、可用、且无伪像带宽的要求。

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