零漂移放大器：將好的（精度）與壞的（時域性能）結(jié)合起來 零漂移放大器，即實現(xiàn)連續(xù)自校正架構(gòu)的放大器，由于其能夠?qū)崿F(xiàn)高水平的直流精度而受到廣泛歡迎。雖然這種關(guān)注是當之無愧的，但這種卓越的精度有一個缺點，即放大器的時域性能。

零漂移放大器的基本架構(gòu)在深入研究這些零漂移放大器的時域方面之前，回顧一下其中許多器件中使用的基本架構(gòu)是有益的。圖1提供了斬波穩(wěn)定架構(gòu)的高級視圖，例如Microchip的許多MCP6Vxx零漂移放大器上使用的架構(gòu)。

圖1.斬波器穩(wěn)定架構(gòu)。

斬波穩(wěn)定放大器有兩個信號路徑，一個始終連接到主放大器的高帶寬路徑和一個較低帶寬的輔助路徑。主放大器專為高帶寬而設(shè)計，并決定整個放大器的指定增益帶寬乘積和壓擺率。輸入信號也通過輔助路徑路由，輔助路徑在輸入和輸出端都有斬波開關(guān)，然后是濾波器級，然后再添加回主放大器路徑。該次級路徑中的輔助放大器具有極高的增益，使其能夠校正從毫伏到微伏的失調(diào)。

架構(gòu)如何影響時域性能 現(xiàn)在我們已經(jīng)對這種架構(gòu)有了基本的了解，讓我們探討一下它如何影響放大器的時域性能。我們首先考慮放大器輸入端的大規(guī)模階躍響應(yīng)，如圖2所示。

圖2.大規(guī)模階躍響應(yīng)。

在本例中，輸入電壓（以紅色顯示）幾乎立即從大約200 mV步進至5.2V。單位增益放大器的輸出電壓（以藍色顯示）試圖匹配此階躍響應(yīng)，但壓擺受限，輸出需要額外的時間才能穩(wěn)定到其最終值。對于自我糾正架構(gòu)來說，這是一個特別困難的情況。如前所述，零漂移放大器內(nèi)的高帶寬信號路徑負責整體速度（增益帶寬和壓擺率）。但是，一旦達到階躍響應(yīng)的新值，輸出必須穩(wěn)定在零漂移放大器的失調(diào)下限值（通常小于50 μV）內(nèi)。這涉及帶寬受限的輔助路徑，因此很大程度上是斬波頻率的函數(shù)。使用更高的時鐘頻率可以實現(xiàn)相對較快的建立時間，但對于零漂移放大器，這些時間通常在幾十微秒或更高。然而，較高的斬波頻率會導(dǎo)致最終校正失調(diào)電壓的增加，這通常是精密設(shè)計的首選。

零漂移放大器的另一個時域方面是啟動行為。當放大器第一次上電時，有一小段時間，放大器的輸出ifier將反映主放大器的未校正失調(diào)誤差（如上圖所示）。一旦電源電壓達到跳變點（由放大器上電復(fù)位電路定義），輔助校正路徑需要幾個時鐘周期，然后主放大器的輸出才能回到指定的失調(diào)電平內(nèi)。通常，此啟動時間完全在放大器工作的整個系統(tǒng)的啟動時間內(nèi)，因此不是問題。但是，如果放大器配置為高閉環(huán)增益，則放大器輸出端的瞬時未校正失調(diào)（可能高達±5 mV）可能導(dǎo)致放大器供電軌。在這種情況下，啟動時間還需要包括放大器返回其線性工作區(qū)域所需的時間。對于Microchip零漂移放大器，數(shù)據(jù)手冊中提供了該過驅(qū)恢復(fù)時間的典型值。

了解放大器架構(gòu)如何影響時域性能有助于避免設(shè)計陷阱

現(xiàn)代零漂移設(shè)計一直在努力使這些時域權(quán)衡盡可能小，但系統(tǒng)設(shè)計人員仍然值得意識到這些潛在問題。延長的啟動時間和過驅(qū)恢復(fù)會影響系統(tǒng)內(nèi)其他與時序相關(guān)的功能，例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器對信號進行采樣的適當時間。通過了解這些潛在問題以及它們與這種獨特架構(gòu)的關(guān)系，設(shè)計人員可以在初始設(shè)計中彌補這些問題，而不是在設(shè)計完成后跟蹤與時序相關(guān)的問題。

審核編輯：郭婷