適合自動調(diào)零放大器的應(yīng)用范圍介紹

應(yīng)用自動調(diào)零放大器與應(yīng)用任何運算放大器并沒有太大區(qū)別。大多數(shù)新設(shè)計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。對于具有固定斬波頻率的自動歸零放大器，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。

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歸零放大器的一些獨特屬性（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，電動助力轉(zhuǎn)向中的扭矩反饋控制和精密功率計量。

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，并且可以測量大電流而不會產(chǎn)生明顯的電壓降。典型的分流器可能為0.1 W.在1安培的測量電流值下，分流器的輸出信號為數(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，以保持絕對精度。還需要低輸入偏置電流，因此“注入”偏置電流不會成為測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歸零放大器，效果非常好。

通常希望將信號帶寬限制到所需的最低值，因為這最小化了斬波時鐘噪聲的影響并且還使總噪聲最小化。請記住，自動調(diào)零放大器的總電壓噪聲與信號帶寬的平方根成正比（E N = e N ×√BW）。通過添加與反饋電阻并聯(lián)的可選電容（C），可以創(chuàng)建簡單的低通濾波器。使用普通放大器的附加級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CMOS放大器，而不會犧牲系統(tǒng)精度。如果放大器的增益帶寬除以級增益小于斬波時鐘頻率的一半，則使用自動調(diào)零放大器的高級增益也可以為濾波器滾降增加額外的極點。但是，濾波器性能會受到放大器到放大器GBW變化的影響。

如果信號頻率超過斬波時鐘頻率的一半左右，則自動歸零放大器類型具有偽隨機時鐘速率，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，最大的整體精度會略微降低;但是斬波時鐘不會在時鐘頻率產(chǎn)生大的誤差項，并且IMD的影響將被最小化。

應(yīng)變橋：另一種常見的應(yīng)用，其中低偏移和相關(guān)的低頻性能有助于實現(xiàn)寬動態(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)生相對較小的輸出電壓水平，即使在滿量程時也是如此。在本例中，四通道AD8554中的四個放大器中的三個用于激勵和差分放大（見圖2）。滿量程輸出可能是幾十毫伏。在這種情況下，自動調(diào)零放大器的極低失調(diào)電壓對測量信號的誤差最小。稱重秤的長采樣時間受益于缺乏1 / f噪聲。放大器的低長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μ卣髁己玫膫鞲衅鬟M行縮放和線性化，而無需考慮與放大器的相互作用，因為增加的放大器誤差項可以忽略不計。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，因為在相同的輸出范圍內(nèi)，橋式激勵電流可以低得多。較低的橋激勵電流還使橋自熱引起的誤差最小化。大多數(shù)應(yīng)變計電橋應(yīng)用本質(zhì)上都是低頻的，因此固定頻率自動調(diào)零放大器的有限有用帶寬不是問題。通過使用隨機時鐘自動調(diào)零放大器，可以使用具有更高頻率輸出或帶有交流激勵的橋接器。

紅外（IR）傳感器，特別是熱電堆，越來越多地用于溫度測量，應(yīng)用范圍廣泛，如汽車氣候控制，人耳溫度計，家庭絕緣分析和汽車維修診斷。傳感器的輸出信號相對較小，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)溫度測量值，放大器隨時間和溫度的漂移就會消除額外的誤差。較低的1 / f噪聲可提高在超過1/5秒的時間內(nèi)進行直流測量的SNR。圖3顯示了一個放大器，可以將交流信號從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參考參考。憑借其極低的偏移和漂移，其輸出驅(qū)動能力以及有源反饋的使用，自動歸零放大器與精密參考相結(jié)合，可以為這些問題提供有效的解決方案。

圖4.精密放大器增強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歸零放大器。幾乎所有在中等信號帶寬上處理小輸入信號和寬動態(tài)范圍的應(yīng)用都值得考慮使用自動歸零放大器來提高性能。經(jīng)過校準(zhǔn)并且必須在長時間內(nèi)保持性能而無需維護的系統(tǒng)也將受益。任何需要嚴格的直流性能的通道間匹配的應(yīng)用也是候選。高增益自動調(diào)零放大器的直流誤差貢獻非常小，使用多通道甚至單通道器件不會顯著降低多個輸入通道的匹配。多個設(shè)備（雙通道和四通道）對匹配的低頻交流輸入也很有幫助。