[發(fā)明專利]運算和測量放大器中的低噪聲、低功率、低漂移偏移校正

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010241811.2
• 申請日: 2010-05-11
• 公開（公告）號: CN101895257A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R·G·H·埃斯豪齊爾;N·范里恩
• 申請（專利權(quán)）人: 14號公司
• 主分類號: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26;H03F3/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;王洪斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及運算和測量放大器(instrumentation?amplifier)的領(lǐng)域。

背景技術(shù)

運算放大器的一個關(guān)鍵性能規(guī)格就是其直流誤差或偏移電壓(offset?voltage)。偏移電壓限制了放大器處理小直流輸入電壓的能力。總偏移電壓通常指定為在輸入端假定(assume)的單個誤差源。這個虛電壓源的值代表放大器的輸入?yún)⒖?input?referred)偏移電壓。這個參數(shù)的意義在于以下事實：放大器將不能處理其輸入端上的小于輸入?yún)⒖计齐妷旱娜魏沃绷麟妷骸?/p>

在單片集成運算放大器中，輸入?yún)⒖计齐妷?也稱輸入偏移，偏移電壓或簡稱為偏移)主要歸因于電路中關(guān)鍵部件之間統(tǒng)計失配。一般來說，這些關(guān)鍵部件包括輸入級晶體管，但是其它裝置也會明顯導(dǎo)致偏移。因部件失配引起的典型偏移電壓約為幾毫伏。

過去，提出并實施了許多技術(shù)用來限制統(tǒng)計失配對輸入?yún)⒖计齐妷旱挠绊?。這些技術(shù)屬于兩種類型之一(參見“Circuit?Techniques?for?Reducing?the?Effects?of?Op-Amp?Imperfections：Autozeroing，Correlated?Double?Sampling，and?Chopper?Stabilization”，C.C.Enz?and?GC.Temes，IEEE?J.Solid-State?Circuits，vol.84，Nov.1996，pp.1584-1614)。

1、斬波穩(wěn)定(Chopper?Stabilization)

2、自動調(diào)零

下面將結(jié)合各自的優(yōu)缺點對這些技術(shù)一一介紹。

斬波穩(wěn)定

斬波穩(wěn)定取決于周期性地對放大器正負(fù)輸入端的信號通道進(jìn)行交換。平均起來，這使得兩端之間的偏移整平(even?out)(參見“Circuit?Techniques?forReducing?the?Effects?of?Op-Amp?Imperfections：Autozeroing，Correlated?Double?Sampling，and?Chopper?Stabilization”，C.C.Enz?and?GC.Temes，IEEE?J.Solid-StateCircuits，vol.84，Nov.1996，pp.1584-1614)。圖1示出了斬波穩(wěn)定式(chopper?stabilized)放大器的框圖。

輸入級g_m1的輸入?yún)⒖计齐妷河秒妷涸碫_os表示。斬波器的行為在于根據(jù)時鐘相位Φ₂的狀態(tài)，將它們的輸入信號乘以+1或-1。在差分信號(例如，斬波器chop₁)的情況下，乘以-1簡單表示交換輸入信號。乘以+1表示輸入和輸出之間的直接連接。

需要注意的是，對于一個時鐘相位而言，輸入偏移源(offset?source)V_os將如何在輸出端上引起負(fù)誤差電壓，而對于其它相位來說，效果將是正電壓。隨著時間的推移，平均的凈輸出誤差電壓將為零。

對于輸入信號而言情況有所不同。信號通過斬波器chop₁和chop₂的情況下，輸出信號的極性不變。因此，輸出信號將由未改變的輸入信號以及斬波器chop₂對輸入偏移電壓V_os進(jìn)行斬波而引起的紋波電壓構(gòu)成。

可替換地，在斬波器chop₁和chop₂可視為乘法器或混頻器的頻域下，使輸入頻率漂移斬波器頻率f_chop。從這點來看，斬波器chop₁將直流輸入信號上轉(zhuǎn)換成斬波器頻率f_chop。接著輸入級g_m1以f_chop放大所得到的信號，而斬波器chop₂將該信號轉(zhuǎn)換回直流。注意，直流輸入信號再次作為直流信號出現(xiàn)在斬波器chop₂的輸出。這是因為在這個點上信號通過兩個斬波器，對輸入信號進(jìn)行上轉(zhuǎn)換(up?conversion)和下轉(zhuǎn)換(down?conversion)。