一種斬波失調(diào)穩(wěn)定儀表放大器的研究與設計

儀表放大器是把關鍵元件集成在放大器內(nèi)部，它源于運算放大器，但優(yōu)于運算放大器。其低噪聲、低失調(diào)、高共模抑制比、高輸入阻抗等是儀表放大器的重要指標。
目前降低1/f噪聲和失調(diào)的方法有:微調(diào)技術(shù)、自動歸零技術(shù)和斬波技術(shù)。微調(diào)技術(shù)無法降低放大器的1/f噪聲和溫度漂移。自動歸零技術(shù)是一種采樣技術(shù)，通過對低頻噪聲、失調(diào)進行采樣，然后在運算放大器的輸入或輸出端，把它們從信號的瞬時值中減去，實現(xiàn)對1/f噪聲和失調(diào)的降低，因為該技術(shù)對寬帶白噪聲是一種欠采樣過程，所以會造成白噪聲的混疊[1]。斬波技術(shù)采用調(diào)制和解調(diào)的方法，把1/f噪聲和失調(diào)調(diào)制到高頻端，再經(jīng)過低通濾波器濾除，而有用信號經(jīng)過調(diào)制后，又解調(diào)到基帶，這種技術(shù)沒有白噪聲混疊的缺點，但是其斬波頻率限制了其帶寬。
本文設計的儀表放大器，同時應用了斬波穩(wěn)定技術(shù)[2]和自動歸零技術(shù)[3]來降低1/f噪聲和失調(diào)電壓的影響，具有高的共模抑制比、低失調(diào)電壓以及能夠動態(tài)補償失調(diào)電壓的特點。
1 斬波技術(shù)的基本原理
斬波原理圖如圖1所示。斬波技術(shù)通過把輸入信號和方波信號調(diào)制，再經(jīng)同步解調(diào)和低通濾波后得到所需要的信號，它實質(zhì)上并沒有消除失調(diào)，而是把失調(diào)電壓和低頻噪聲調(diào)制到高頻，然后通過低通濾波器把高頻處的失調(diào)電壓和噪聲濾除掉。在理想情況下，斬波運放能夠完全消除直流失調(diào)和低頻噪聲(主要是1/f噪聲)。斬波調(diào)制原理如圖1所示，假設V_in、V_out分別是輸入、輸出信號電壓，A為放大器的增益，Vch是周期性方波信號，f_ch