什么是零漂移放大器？
零漂移放大器可動態校正其失調電壓并重整其噪聲密度。自穩零型和斬波型是兩種常用類型，可實現nV級失調電壓和極低的失調電壓時間/溫度漂移。放大器的1/f噪聲也視為直流誤差，也可一并消除。零漂移放大器為設計師提供了很多好處：首先，溫漂和1/f噪聲在系統中始終起著干擾作用，很難以其它方式消除，其次，相對于標準的放大器，零漂移放大器具有較高的開環增益、電源抑制比和共模抑制比，另外，在相同的配置下，其總輸出誤差低于采用標準精密放大器的輸出誤差。

零漂移放大器適合哪些應用？
零漂移放大器適用于預期設計壽命10年以上的系統，以及使用高閉環增益(>100)和低頻(<100 Hz)、低幅度信號的信號鏈。應用示例包括精密電子秤、醫療儀器、精密計量設備和紅外/電橋/熱電堆傳感器接口。

自穩零型放大器的工作原理
自穩零型放大器，如AD8538、AD8638、AD8551和AD8571系列，通常分兩個時鐘階段校正輸入失調。在時鐘階段A中，開關φA閉合，開關φB斷開，如圖1所示。指零放大器的失調電壓經過測量后，儲存在電容CM1上。

圖1. 自穩零型放大器的階段A：零點校準階段

在時鐘階段B中，開關φB閉合，開關φA斷開，如圖2所示。主放大器的失調電壓經過測量后，儲存在電容CM2上，同時，儲存在電容CM1中的電壓調節指零放大器的失調。進而，在處理輸入信號時將總失調電壓施加到主放大器上

圖2. 自穩零型放大器的階段B：自穩零階段

采樣保持功能會將自穩零型放大器變為采樣數據系統，使其容易發生混疊和折回效應。低頻時，噪聲變化緩慢，因此兩個連續噪聲采樣相減可實現真正的抵消。高頻時，這種相關性減弱，相減誤差導致寬帶成分折回基帶。因此，自穩零型放大器的帶內噪聲高于標準運算放大器。為了減少低頻噪聲，必須提高采樣頻率，但這會引入額外的電荷注入。信號路徑僅包括主放大器，因而可以獲得相對較大的單位增益帶寬。

斬波放大器的工作原理
圖3顯示斬波型放大器ADA4051的功能框圖，它采用本地自動校正反饋(ACFB)環路。主信號路徑包括輸入斬波網絡CHOP1、跨導放大器Gm1、輸出斬波網絡CHOP2和跨導放大器Gm2。CHOP1和CHOP2將來自Gm 1初始失調和1/f噪聲調制到斬波頻率。跨導放大器Gm3檢測CHOP2輸出端的調制紋波，斬波網絡CHOP3將該紋波解調回DC。所有三個斬波網絡的開關頻率均為40 kHz。最后，跨導放大器Gm4消除Gm1輸出端的直流成分，否則，它會作為紋波出現在總輸出中。開關電容陷波濾波器(SCNF)有選擇地抑制不需要的失調相關紋波，但不會干擾總輸出中的有用輸入信號，它與斬波時鐘同步，以便完全地濾除調制分量。

圖3. ADA4051所用斬波方案

這兩種技術可以結合使用嗎？
ADI公司新系列放大器正是這樣做的。圖4所示的零漂移放大器AD8628同時使用自穩零和斬波技術來降低斬波頻率時的能量，同時將低頻噪聲保持在非常低的水平。相對于傳統零漂移放大器，這種技術組合可以實現更寬的帶寬。

圖4. AD8628集自穩零和斬波于一體，可實現更寬的帶寬

使用零漂移放大器時會遇到哪些應用問題？
零漂移放大器是利用數字電路動態校正模擬失調誤差的復合放大器。數字開關動作會造成電荷注入、時鐘饋通、交調失真和過載恢復時間延長，從而可能在設計不佳的模擬電路中引起問題。時鐘饋通的幅度隨著閉環增益或信號源阻抗增大而增大；在輸出端增加一個濾波器，或者在同相輸入端使用一個低值電阻，可以減小其影響。此外，輸入頻率越接近斬波頻率，零漂移放大器的輸出紋波越大。

對頻率高于內部時鐘頻率的信號有何影響？
頻率高于自穩零頻率的信號會被放大。自穩零型放大器的速度取決于增益帶寬積，后者取決于主放大器，而不是零點校準放大器；自穩零頻率指示何時開始出現開關偽像。

自穩零型與斬波型有何區別？
自穩零型通過采樣校正失調，斬波型則采用調制和解調。采樣會導致噪聲折回基帶，因此自穩零型放大器的帶內噪聲較大。為了抑制噪聲，需要使用更大電流，因此其功耗一般較高。斬波型放大器具有與其平帶噪聲一致的低頻噪聲，但在斬波頻率時會產生大量能量和諧波。可能需要進行輸出濾波，因此這些放大器最適合低頻應用。自穩零和斬波技術的典型噪聲特性如圖5所示。

圖5. 各種放大器結構的典型噪聲與頻率的關系

何時用自穩零型放大器？何時用斬波型放大器？

斬波型放大器適合低功耗、低頻應用(<100 Hz)，自穩零型放大器則更適合寬帶應用。AD8628集自穩零和斬波兩種技術于一體，堪稱要求低噪聲、無開關毛刺、寬帶寬應用的理想之選。表1列出一些設計的利弊因素。

表1

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