望文生义，零漂移扩大器
是指失调电压漂移非常接近于0的扩大器。它运用自稳零或斩波技能(或兼而有之)，并随时刻和温度接连自校对直流差错。这使得扩大器能够完成μV级失谐和极低的失调漂移。因此，它尤为适用于高增益和高精细功能的信号调度电路中。例如，传感器(比方温度、压力或称重传感器)一般发生低电平输出电压，因此需求一个扩大器来扩大信号，一起不该引进更多差错。零漂移扩大器针对超低失调电压和漂移、高共模按捺、高电源按捺以及更低的1/f噪声而规划，是在高要求体系运用中(比方检测运用)完成高分辨率的抱负挑选，具有较长的产品生命周期。
零漂移扩大器的根本架构
图1显现了根本斩波扩大器(单位增益装备)的电路图。直流增益途径包含输入斩波开关网络(CHOPIN)、第一跨导扩大器(Gm1)、输出斩波开关网络(CHOPOUT)、第二跨导扩大器(Gm2)和频率补偿电容(C1和C2)。CHOP和CHOP’经过时钟发生器和函数操控，可校对不期望呈现的扩大器直流失调电压(VOS)。
图2显现了相关时序图以及预期输出电压(VOUT)。当CHOP时钟信号为高电平(A阶段)，扩大器Gm1的差分输入和输出衔接至信号途径，而且无回转。因为存在VOS，因此发生正输出电压VOUT。当CHOP’时钟信号为高电平(B阶段)，Gm1的输入和输出衔接信号途径且回转，并因为VOS而发生负输出电压。来自Gm1的正负输出电压使输出电压等于±VOS。时域中的这种斩波概念类似于频域中的调制。换言之，Gm1失调电压由CHOPOUT向上调制到斩波频率。另一方面，输入信号经由CHOPIN和CHOPOUT斩波两次。这与向上调制然后向下调制到原始频率的输入信号持平。因此，进入输出端的输入信号不发生回转。
正负输出电压(来自Gm1的±VOS)以电压纹波的办法呈现在VOUT(图2)。此外，CHOP和CHOP’时钟经过开关相关的寄生电容耦合至差分输入引脚。时钟改动状况后，电荷注入差分输入引脚。这些注入的电荷经由有限输入源阻抗转换为输出电压毛刺。毛刺的起伏和形状取决于输入源阻抗以及差分输入引脚上注入电荷的数量和匹配程度。这些输出纹波和毛刺会发生开关伪像，并在噪声频谱中的斩波频率和其整数倍数频率处呈现添加。此外，每个零漂移扩大器的开关伪像起伏和频率各有不同，而且各元件之间也有所不同。本文中，术语斩波和开关频率能够交换运用。
图1. 斩波架构
图2. 斩波时序图
数据手册中的开关伪像
一般来说，零漂移扩大器具有较大的宽带噪声和较低的开关频率，规模从几千赫兹到几十k赫兹。这约束了它们只能用于直流和低于100 Hz的运用，以使开关频率保持在方针信号带宽外。关于要求在更高带宽下具有高精度和低漂移的运用，运用开关频率较高的零漂移扩大器很重要。事实上，开关频率有时分能够当作零漂移扩大器的品质因数。较新的零漂移扩大器选用高档规划架构，针对在高许多的频率下具有较小开关伪像而规划。例如，除了在4.8 MHz处对失调电压进行斩波，高电压、双通道、零漂移扩大器ADA4522-2还选用专利的失谐和纹波校对环路，最大程度削减开关伪像。校对环路作业频率为800 kHz，用于消除失调电压±VOS(如图2所示)。将±VOS下降至其初始值的1%能改进40 dB开关伪像。这样能够削减体系规划人员完成体系级精度方针的作业量。
检测开关伪像最简略的办法是调查扩大器的电压噪声密度频谱。图3显现了ADA4522-2折合到输入的电压噪声密度图。留意，通道B在其800 kHz开关频率处体现出了噪声频谱的添加。正如前文所述，这种噪声频谱的添加是电荷注入失配发生的副作用。因为失配取决于器材对器材以及通道对通道，因此噪声尖峰的起伏也有所不同，且并非一切器材都会体现出噪声尖峰。例如，同一个器材的通道A在800 kHz开关频率处并未体现出任何噪声尖峰。各器材之间的开关频率还可有10%到20%的差异，详细取决于片上时钟振荡器频率的改变。
图3. ADA4522-2电压噪声密度
不同零漂移扩大器之间的噪声比照
图4显现了三个不同高电压、零漂移扩大器折合到输入的电压噪声密度。留意，测验的悉数三个零漂移扩大器都体现出了必定程度的开关伪像。某些开关伪像还在其整数倍频率处重复。这些开关伪像或许非常大，并有或许在电路规划中引进差错。因此，了解它们对电路的影响，然后找到减轻影响的办法很重要。假如扩大器具有高于开关频率的闭环频率，那么这种噪声频谱的添加将会积分至整个带宽中，并反映在输出端。不仅如此，折合到输入的电压噪声还会被扩大器噪声增益扩大。例如，假定扩大器装备为增益100，那么折合到输出的有用噪声电压密度同样会添加100倍。
图4. 不同零漂移扩大器的电压噪声密度
图5. 积分输出电压噪声
积分至扩大器输出端的总RMS噪声取决于扩大器带宽。输出电压噪声随可用带宽而滚降;因此，增益越高或带宽越宽，则输出扩大器噪声的起伏也就越大。图5显现了积分输出电压噪声与频率的联系。这张图关于了解相对频率的总积分噪声很有用。例如，假如扩大器的带宽经过滤波而约束在100 kHz，那么扩大器的固有电压噪声引起的总输出噪声可由该图得知，如下所示：
表1. 输出积分噪声
运用通用乘法系数(称为波峰因数)将RMS电压转换为峰峰值电压，则峰峰值噪声估计值如表1第三列所示。在一个5 V体系中，ADA4522-2供给18.6位峰峰值分辨率，而扩大器B供给16.8位峰峰值分辨率。较低的总积分输出噪声总是有必要的，因为它添加了信噪比，并为整个体系带来了更高的分辨率。
图5中需留意的另一个有意思的当地是积分噪声在噪声尖峰频率处以阶跃类函数的办法递加。噪声尖峰(噪声能量添加)尽管很窄，但却会大幅添加总输出积分噪声。
时域中的开关伪像
许多时分，在频域的电压噪声密度频谱中能够清楚地看到开关伪像。为了了解根据时刻的开关伪像特性，能够将扩大器装备为缓冲器，将其同相引脚接地，并经过示波器直接调查输出。图6显现了两个零漂移扩大器的典型输出。留意，扩大器A在多个起伏中体现出了输出电压尖峰。尖峰每隔0.66 μs就重复一次。这与图4中1.51 MHz处看到的噪声尖峰匹配。另一方面，ADA4522-2在时域中未体现出任何开关伪像(蓝色图形)。换言之，噪声尖峰低于丈量体系的噪底，无法测出。这样，规划人员能够在驱动ADC的运用中运用ADA4522-2，并非常自傲地知道噪声尖峰不会有任何问题。
图6. 时域中的输出电压噪声
削减开关伪像的滤波器
图7. 带滤波器的零漂移扩大器
图8. 带后置滤波器的单位增益零漂移扩大器电压噪声密度
有多种办法能够削减开关伪像的影响。这些办法终究都有赖于约束扩大器带宽，使其低于开关频率。运用滤波器是按捺噪声尖峰的有用办法。最简略的规划是在扩大器输出端放置一个电阻-电容网络，构成低通滤波器(图7A)。图8显现了零漂移扩大器的电压噪声密度，后置滤波器规划为低于开关频率10%或20%。800 kHz时的噪声尖峰从36 nV/Hz(无后置滤波器)下降到4.1 nV/Hz(后置滤波器为80 kHz)，低于扩大器的低频宽带噪声水平。因为后置滤波器坐落开关频率以下20%频率处(后置滤波器为8 kHz)，噪声尖峰不再可见，而ADA4522-2与其他任何传统扩大器都别无二致。
某些运用或许无法在扩大器输出端运用RC网络。扩大器输出电流流过滤波器电阻，导致电压失调，引起输出差错。这种情况下，能够挑选在反应环路两头放置一个反应电容来过滤噪声尖峰(图7(b))。图9显现的是扩大器装备为增益10时，无滤波以及在开关频率下方10%处有后置滤波器或反应滤波器情况下的输出电压噪声密度。后置滤波器装备作为低通滤波器而言，比反应电容更为有用。
图9. 开关伪像随滤波而削减
在高增益装备下运用零漂移扩大器会有所协助
许多规划人员都会运用零漂移扩大器，但并未在体系中调查到任何开关伪像。扩大器装备或许是其间一个原因。零漂移扩大器具有低漂移和失调特性，常用来在高增益(比方100到1000的增益)装备中对低电平起伏传感器信号履行信号调度。在高增益装备下运用扩大器的作用与在扩大器端放置一个低通滤波器的作用是相同的。跟着增益的添加，带宽会下降。图10显现了高增益装备怎么下降开关效应。当闭环增益为100时，开关伪像在噪声曲线上几乎不可见。
图10. 扩大器带宽随增益滚降
ADA4522-2用作零漂移扩大器的优势
ADI最新的零漂移运算扩大器ADA4522-2选用专利和立异的电路拓扑，可完成高开关频率，而且比较之前的产品能最大程度削减开关伪像。当单位增益带宽为3 MHz且开关频率为800 kHz和4.8 MHz时，40的增益装备便满足过滤开关伪像，无需外部低通滤波。该器材具有低失调电压漂移(22 nV/°C最大值)、低噪声(5.8 nV/Hz，增益装备为100)、低输入偏置电流(150 pA最大值)、高共模按捺和电源按捺功能，是电子秤、电流检测、温度传感器前端、称重传感器和桥式传感器等精细运用以及其他许多漂移要害型运用的抱负挑选。
定论
零漂移扩大器具有极低的失调电压和漂移，是要求针对低电平信号进行高精度扩大运用的抱负挑选。下文供给一些运用主张。
一切零漂移扩大器都存在必定程度的开关伪像，这一般在电压噪声密度曲线中能够检测到。
不同器材的开关伪像起伏也有所不同。
器材之间开关频率的最大差异可达20%。
开关伪像可在频域和时域中检测到。取决于详细运用，开关伪像或许导致差错。
零漂移扩大器一般用于高增益装备中;此刻带宽下降，因此许多情况下开关伪像不会导致任何问题。
削减开关伪像，然后下降输出差错量很重要。运用一个低通滤波器(RC后置滤波器或反应电容)以便在开关频率之前滚降扩大器带宽便可按捺伪像。
高开关频率可下降滤波器关于较宽、可用、且无伪像带宽的要求。
