一種斬波失調穩定儀表放大器的研究與設計

2 斬波失調穩定技術(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的和、差項。這些混頻產(chǎn)物會(huì )引起很大的失真，特別是當信號頻率接近斬波頻率時(shí)尤為明顯。而且低通濾波會(huì )減小可用信號的帶寬。要想在信號帶寬不減小的情況下抑制噪聲和失調，最好的解決辦法是使用斬波失調穩定的運算放大器。這種電路結構在主通路提供信號帶寬，而輔助通路減少失調，其電路結構如圖2所示[4]，其中輔助通路包括斬波穩定放大器和積分器，主通路只有1個(gè)放大器。

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

3 斬波失調穩定放大器的設計和仿真
3.1 輔助運算放大器
本文采用的輔助放大器如圖3(a)所示[4]，它是由兩級運放和1個(gè)調制器、1個(gè)解調器組成，它有一個(gè)顯著(zhù)的特征：解調器放在兩級運放之間，主極點(diǎn)P1在第二級運放上、次極點(diǎn)在第一級運放上。為了滿(mǎn)足放大器的相位裕度，第一級的截止頻率要比整體的高。由于本方案是在第二級之前解調的，所以第二級運放的運算放大器的截止頻率fc可以比f(wàn)ch低，從而降低了斬波運放的功耗。而傳統的斬波放大器是在輸出端進(jìn)行解調的，所以各級放大器的fc要比f(wàn)ch高。另外，相位補償電容可以作為第一級的窄帶LPF，所以本斬波放大器不需要在后面接LPF。
當輸入1 mV、1 kHz的小信號及斬波頻率為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]，其采用了兩對差分對結構，相當于一個(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)跨導放大器和一個(gè)將電流轉電壓(I→V)的放大單元。輸入信號以差分的形式輸入，通過(guò)跨導單元轉化成差分電流，再將各對應支路上的電流進(jìn)行算術(shù)運算，最后通過(guò)電流轉電壓?jiǎn)卧糯筝敵觥?/p>

主放大器采用共源共柵結構，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-)。失調信號△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)生失調校正△V0。M7~M10共源共柵電流鏡作為負載，可以提高輸出擺幅[7]。