一種斬波失調(diào)穩(wěn)定儀表放大器的研究與設(shè)計(jì)

2 斬波失調(diào)穩(wěn)定技術(shù)
斬波過(guò)程會(huì)產(chǎn)生很多混頻產(chǎn)物，包括斬波頻率和輸入信號(hào)的和、差項(xiàng)。這些混頻產(chǎn)物會(huì)引起很大的失真，特別是當(dāng)信號(hào)頻率接近斬波頻率時(shí)尤為明顯。而且低通濾波會(huì)減小可用信號(hào)的帶寬。要想在信號(hào)帶寬不減小的情況下抑制噪聲和失調(diào)，最好的解決辦法是使用斬波失調(diào)穩(wěn)定的運(yùn)算放大器。這種電路結(jié)構(gòu)在主通路提供信號(hào)帶寬，而輔助通路減少失調(diào)，其電路結(jié)構(gòu)如圖2所示[4]，其中輔助通路包括斬波穩(wěn)定放大器和積分器，主通路只有1個(gè)放大器。

假設(shè)主放大器的主、輔輸入端的失調(diào)電壓分別為V_osm(主)、V_osm，1(輔)，主、輔輸入端的增益分別為A_m、Am，1；輔助運(yùn)放的等效失調(diào)電壓為V_osn、增益為An，整個(gè)放大器的整體失調(diào)電壓為V_os，則有：

3 斬波失調(diào)穩(wěn)定放大器的設(shè)計(jì)和仿真
3.1 輔助運(yùn)算放大器
本文采用的輔助放大器如圖3(a)所示[4]，它是由兩級(jí)運(yùn)放和1個(gè)調(diào)制器、1個(gè)解調(diào)器組成，它有一個(gè)顯著的特征：解調(diào)器放在兩級(jí)運(yùn)放之間，主極點(diǎn)P1在第二級(jí)運(yùn)放上、次極點(diǎn)在第一級(jí)運(yùn)放上。為了滿足放大器的相位裕度，第一級(jí)的截止頻率要比整體的高。由于本方案是在第二級(jí)之前解調(diào)的，所以第二級(jí)運(yùn)放的運(yùn)算放大器的截止頻率fc可以比f(wàn)ch低，從而降低了斬波運(yùn)放的功耗。而傳統(tǒng)的斬波放大器是在輸出端進(jìn)行解調(diào)的，所以各級(jí)放大器的fc要比f(wàn)ch高。另外，相位補(bǔ)償電容可以作為第一級(jí)的窄帶LPF，所以本斬波放大器不需要在后面接LPF。
當(dāng)輸入1 mV、1 kHz的小信號(hào)及斬波頻率為10 kHz時(shí)，斬波電路的開(kāi)環(huán)瞬態(tài)仿真結(jié)果如圖3(b)所示。

3.2 主放大器
主放大器采用差分差值放大器DDA(Differential Difference Amplifier)[5]，其采用了兩對(duì)差分對(duì)結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于一個(gè)四輸入、單端輸出的電路組態(tài)，如圖4所示。DDA電路有兩個(gè)跨導(dǎo)放大器和一個(gè)將電流轉(zhuǎn)電壓(I→V)的放大單元。輸入信號(hào)以差分的形式輸入，通過(guò)跨導(dǎo)單元轉(zhuǎn)化成差分電流，再將各對(duì)應(yīng)支路上的電流進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，最后通過(guò)電流轉(zhuǎn)電壓?jiǎn)卧糯筝敵觥?/p>

主放大器采用共源共柵結(jié)構(gòu)，如圖5所示[6]，有2個(gè)主輸入端(V+，V-)和2個(gè)輔助輸入端(Va+，Va-)。失調(diào)信號(hào)△V加在輔助輸入端，在輔助放大器尾端產(chǎn)生一個(gè)微擾電流△i，然后通過(guò)電流鏡M13~M16在主放大器產(chǎn)生+/-m△i，經(jīng)共源共柵放大后產(chǎn)生失調(diào)校正△V0。M7~M10共源共柵電流鏡作為負(fù)載，可以提高輸出擺幅[7]。