ZHCACH5B october   2022  – march 2023 OPA2991 , TLC2654 , TLC4502 , TLE2021 , TLV2721

 

  1.   摘要
  2.   商标
  3. 1引言
  4. 2定义的输入失调电压
  5. 3导致 VOS 的原因
  6. 4主要器件类型中的 VOS 和温漂
    1. 4.1 双极
    2. 4.2 JFET
    3. 4.3 CMOS
  7. 5VOS 的制造商测量、修整和规格
    1. 5.1 测量
    2. 5.2 修整
    3. 5.3 规格
  8. 6VOS 对电路设计和校正方法的影响
    1. 6.1 交流耦合
    2. 6.2 直流反馈
    3. 6.3 内部校准
  9. 7总结
  10. 8参考文献
  11. 9修订历史记录

内部校准

一些器件提供输入失调电压和温漂的内部校准。此类功能称为自动校准、零温漂、自动置零、斩波或自校准™。德州仪器 (TI) 零温漂运算放大器采用自动置零或斩波稳定技术来实现。它们都具有内部控制环路,可消除由温度、电源电压、输入共模或输出电压变化引起的输入失调电压。因此,零温漂放大器不仅实现了几 μV 的失调电压和数十 nV/°C 的温漂,还实现了极高的 AOL、CMRR、PSRR(高于 140dB)。

如果是自动置零,则主放大器 A1 和归零放大器 A2 各自具有相关的输入失调电压,分别在采样阶段存储在 C1 和 C2 上(请参阅图 6-4)。在自动置零阶段,来自两个电容器的电荷被转移,从而将总失调电压归零。内部高阶滤波器用于更大程度地降低开关噪声。德州仪器 (TI) 首批发布的一些自动置零运算放大器是 OPA335 和 OPA735,其最大失调电压为 ±5μV、最大温漂为 ±0.05μV/°C。

GUID-20220615-SS0I-MB2W-CJ9M-JJHPGFQGT6XD-low.svg图 6-4 自动置零放大器

图 6-5 显示了斩波运算放大器的输入级。该放大器是相对传统的跨导级,具有差分输入和差分输出电流。斩波是在输入和输出的换向开关上完成的,它们同步地反转极性。跨导级的失调电压位于输入开关网络内部,因此它对输出的贡献会由输出开关定期反向。失调电压导致的输出电流会导致 C1 上的电压以相同的速率上升和下降。内部逻辑可确保相等的上升和下降时间,因此 C1 上的平均输出电压为零。由于差分输入级和输出级同时反相,因此对输出电容器 C1 的净效应是同相信号和零平均失调电压。

GUID-20220615-SS0I-FDV7-L7ML-RBBMTTF6MTKV-low.svg图 6-5 斩波稳定放大器

新一代斩波器要安静得多,其中包含一个开关电容器滤波器,该滤波器具有多个与斩波频率及其奇次谐波对齐的陷波。而高频输入信号则使用快速正向 (GM_FF) 级将斩波(直流)级全部旁路在一起(请参阅图 6-6)。出色滤波是通过对电荷求一个完整周期的积分,然后将其电荷传输到运算放大器的下一级来实现的。在一个完整的上/下周期上进行积分之后,其净值为零。在频域中,这将生成一个 sinc(x) 或 sin(x)/x 滤波器响应,其零位与三角波的基波和所有谐波精准对齐。由于 1/f(闪烁)噪声仅是缓慢的时变失调电压,因此斩波器几乎可以在低频范围内消除该增加的噪声频谱密度。斩波将基带信号移至斩波频率,超出输入级的 1/f 区域。因此,斩波器低频信号范围的噪声频谱密度等于放大器宽带频谱噪声的噪声频谱密度。

GUID-20220615-SS0I-J2L3-DHKC-LGK42GKB97QB-low.svg图 6-6 斩波器功能模块图
德州仪器 (TI) 最近推出的一些高压斩波放大器(如 OPA182)可实现 ±4μV 的最大失调电压和 ±12nV/°C 的最大温漂,典型 AOL、CMRR 和 PSRR 超过 166dB。TI 的低压电源斩波器(如 OPA387)最大失调电压和温漂限值分别为 ±2μV 和 ±12nV/°C,而其典型 CMRR、PSRR 和 AOL 均超过 145dB。然而,输入偏置电流受输入零温漂电路的充电和放电电流干扰的影响。这有效地在数百 Pa 内产生反极性的重复 IB 电流脉冲。因此,不建议将零温漂放大器用于具有高源阻抗的应用。从输入级灌入或拉取的 IB 电流量取决于输入阻抗(电阻和电容)的组合,以及此类阻抗在两个输入端的平衡和匹配。此类由输入电容积分的正负输入电流脉冲可能导致视在“平均偏置电流”发生漂移,从而导致失调电压漂移。由于输入偏置平均电流可能取决于输入阻抗,因此在不知道终端电路和相关寄生电容器的情况下,很难估计实际输入偏置电流是多少。因此,为了更大限度地减小由不相等的正负 IB 脉冲引起的失调电压漂移,匹配两个输入端子之间的输入阻抗非常重要。