一種斬波失調穩定儀表放大器的研究與設計

儀表放大器是把關(guān)鍵元件集成在放大器內部，它源于運算放大器，但優(yōu)于運算放大器。其低噪聲、低失調、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噪聲和失調的方法有:微調技術(shù)、自動(dòng)歸零技術(shù)和斬波技術(shù)。微調技術(shù)無(wú)法降低放大器的1/f噪聲和溫度漂移。自動(dòng)歸零技術(shù)是一種采樣技術(shù)，通過(guò)對低頻噪聲、失調進(jìn)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(shí)值中減去，實(shí)現對1/f噪聲和失調的降低，因為該技術(shù)對寬帶白噪聲是一種欠采樣過(guò)程，所以會(huì )造成白噪聲的混疊[1]。斬波技術(shù)采用調制和解調的方法，把1/f噪聲和失調調制到高頻端，再經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除，而有用信號經(jīng)過(guò)調制后，又解調到基帶，這種技術(shù)沒(méi)有白噪聲混疊的缺點(diǎn)，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(shí)應用了斬波穩定技術(shù)[2]和自動(dòng)歸零技術(shù)[3]來(lái)降低1/f噪聲和失調電壓的影響，具有高的共模抑制比、低失調電壓以及能夠動(dòng)態(tài)補償失調電壓的特點(diǎn)。
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(guò)把輸入信號和方波信號調制，再經(jīng)同步解調和低通濾波后得到所需要的信號，它實(shí)質(zhì)上并沒(méi)有消除失調，而是把失調電壓和低頻噪聲調制到高頻，然后通過(guò)低通濾波器把高頻處的失調電壓和噪聲濾除掉。在理想情況下，斬波運放能夠完全消除直流失調和低頻噪聲(主要是1/f噪聲)。斬波調制原理如圖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