適合自動(dòng)調(diào)零放大器的應(yīng)用范圍介紹

應(yīng)用自動(dòng)調(diào)零放大器與應(yīng)用任何運(yùn)算放大器并沒(méi)有太大區(qū)別。大多數(shù)新設(shè)計(jì)具有與任何其他放大器相同的引腳輸出和功能。直流閉環(huán)增益由電阻器以相同方式設(shè)定;并且可以以相同的方式完成諸如過(guò)濾，集成等功能。在大多數(shù)應(yīng)用中，主要調(diào)節(jié)將限制帶寬以從通帶中排除斬波噪聲和IMD偽像。對(duì)于具有固定斬波頻率的自動(dòng)歸零放大器，這通常將其應(yīng)用限制在1或2 kHz以下的直流或低頻信號(hào)。

精密電流分流器精度分流電流傳感器受益于差分配置中使用的自動(dòng)歸零放大器的一些獨(dú)特屬性（圖1）。分流電流傳感器用于反饋控制系統(tǒng)的精密電流源。它們還可用于各種其他應(yīng)用，包括電池電量計(jì)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向中的扭矩反饋控制和精密功率計(jì)量。

在此類應(yīng)用中，最好使用分流器具有極低的電阻，可最大限度地降低串聯(lián)電壓降;這樣可以最大限度地減少功率浪費(fèi)，并且可以測(cè)量大電流而不會(huì)產(chǎn)生明顯的電壓降。典型的分流器可能為0.1 W.在1安培的測(cè)量電流值下，分流器的輸出信號(hào)為數(shù)百毫伏甚至伏特，放大器誤差源并不重要。但是，在1 mA范圍內(nèi)的低測(cè)量電流值下，分流器的100μV輸出電壓需要非常低的失調(diào)電壓和漂移，以保持絕對(duì)精度。還需要低輸入偏置電流，因此“注入”偏置電流不會(huì)成為測(cè)量電流的顯著百分比。高開環(huán)增益，CMR和PSR都有助于保持整體電路精度。只要電流變化率不是太大，就可以使用固定頻率的自動(dòng)歸零放大器，效果非常好。

通常希望將信號(hào)帶寬限制到所需的最低值，因?yàn)檫@最小化了斬波時(shí)鐘噪聲的影響并且還使總噪聲最小化。請(qǐng)記住，自動(dòng)調(diào)零放大器的總電壓噪聲與信號(hào)帶寬的平方根成正比（E N = e N ×√BW）。通過(guò)添加與反饋電阻并聯(lián)的可選電容（C），可以創(chuàng)建簡(jiǎn)單的低通濾波器。使用普通放大器的附加級(jí)可以提供放大電壓電平的附加增益和濾波。憑借其高開環(huán)增益，自動(dòng)歸零放大器可以輕松提供100×至1000×的閉環(huán)增益，允許在后續(xù)階段使用具有幾毫伏偏移和相當(dāng)高的電壓噪聲的廉價(jià)CMOS放大器，而不會(huì)犧牲系統(tǒng)精度。如果放大器的增益帶寬除以級(jí)增益小于斬波時(shí)鐘頻率的一半，則使用自動(dòng)調(diào)零放大器的高級(jí)增益也可以為濾波器滾降增加額外的極點(diǎn)。但是，濾波器性能會(huì)受到放大器到放大器GBW變化的影響。

如果信號(hào)頻率超過(guò)斬波時(shí)鐘頻率的一半左右，則自動(dòng)歸零放大器類型具有偽隨機(jī)時(shí)鐘速率，例如AD8571，可以使用。在這種情況下，由于稍高的寬帶噪聲和更高的帶寬，最大的整體精度會(huì)略微降低;但是斬波時(shí)鐘不會(huì)在時(shí)鐘頻率產(chǎn)生大的誤差項(xiàng)，并且IMD的影響將被最小化。

應(yīng)變橋：另一種常見(jiàn)的應(yīng)用，其中低偏移和相關(guān)的低頻性能有助于實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)范圍，是應(yīng)變橋。用于力和壓力傳感器以及稱重秤，這些橋通常產(chǎn)生相對(duì)較小的輸出電壓水平，即使在滿量程時(shí)也是如此。在本例中，四通道AD8554中的四個(gè)放大器中的三個(gè)用于激勵(lì)和差分放大（見(jiàn)圖2）。滿量程輸出可能是幾十毫伏。在這種情況下，自動(dòng)調(diào)零放大器的極低失調(diào)電壓對(duì)測(cè)量信號(hào)的誤差最小。稱重秤的長(zhǎng)采樣時(shí)間受益于缺乏1 / f噪聲。放大器的低長(zhǎng)期漂移也最小化或消除了重新校準(zhǔn)要求。

壓力傳感器系統(tǒng)通常需要線性化以產(chǎn)生精確的輸出值，受益于低偏移和漂移?？梢詫?duì)特征良好的傳感器進(jìn)行縮放和線性化，而無(wú)需考慮與放大器的相互作用，因?yàn)樵黾拥姆糯笃髡`差項(xiàng)可以忽略不計(jì)。低輸入偏置電流也可以使用更高的電橋阻抗;這可以顯著提高便攜式或環(huán)路供電應(yīng)用中的系統(tǒng)功耗，因?yàn)樵谙嗤妮敵龇秶鷥?nèi)，橋式激勵(lì)電流可以低得多。較低的橋激勵(lì)電流還使橋自熱引起的誤差最小化。大多數(shù)應(yīng)變計(jì)電橋應(yīng)用本質(zhì)上都是低頻的，因此固定頻率自動(dòng)調(diào)零放大器的有限有用帶寬不是問(wèn)題。通過(guò)使用隨機(jī)時(shí)鐘自動(dòng)調(diào)零放大器，可以使用具有更高頻率輸出或帶有交流激勵(lì)的橋接器。

紅外（IR）傳感器，特別是熱電堆，越來(lái)越多地用于溫度測(cè)量，應(yīng)用范圍廣泛，如汽車氣候控制，人耳溫度計(jì)，家庭絕緣分析和汽車維修診斷。傳感器的輸出信號(hào)相對(duì)較小，需要高增益，偏移電壓和漂移非常低，以避免直流誤差。如果使用級(jí)間交流耦合（圖3），低偏移和漂移可防止輸入放大器的輸出漂移接近飽和。低輸入偏置電流從傳感器的輸出阻抗產(chǎn)生最小誤差。與壓力傳感器一樣，一旦校準(zhǔn)溫度測(cè)量值，放大器隨時(shí)間和溫度的漂移就會(huì)消除額外的誤差。較低的1 / f噪聲可提高在超過(guò)1/5秒的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行直流測(cè)量的SNR。圖3顯示了一個(gè)放大器，可以將交流信號(hào)從100到300微伏提升到1到3伏的水平。

精確參考（圖4）：低壓系統(tǒng)中的精密電壓基準(zhǔn)IC可能缺乏處理所要求的所有工作的靈活性。例如，（a）它們可能需要低壓差，或（b）它們可能必須處理輸出和吸收負(fù)載電流，或（c）使用它們的系統(tǒng)除了正極之外可能只需要負(fù)參考參考。憑借其極低的偏移和漂移，其輸出驅(qū)動(dòng)能力以及有源反饋的使用，自動(dòng)歸零放大器與精密參考相結(jié)合，可以為這些問(wèn)題提供有效的解決方案。

圖4.精密放大器增強(qiáng)了精確參考的靈活性

以上只是提出廣泛適用性的一些想法自動(dòng)歸零放大器。幾乎所有在中等信號(hào)帶寬上處理小輸入信號(hào)和寬動(dòng)態(tài)范圍的應(yīng)用都值得考慮使用自動(dòng)歸零放大器來(lái)提高性能。經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)并且必須在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持性能而無(wú)需維護(hù)的系統(tǒng)也將受益。任何需要嚴(yán)格的直流性能的通道間匹配的應(yīng)用也是候選。高增益自動(dòng)調(diào)零放大器的直流誤差貢獻(xiàn)非常小，使用多通道甚至單通道器件不會(huì)顯著降低多個(gè)輸入通道的匹配。多個(gè)設(shè)備（雙通道和四通道）對(duì)匹配的低頻交流輸入也很有幫助。