【導(dǎo)讀】自穩(wěn)零是一種動(dòng)態(tài)的失調(diào)和漂移消除技術(shù)，可將折合到輸入端的電壓失調(diào)降至µV水平，并將電壓失調(diào)漂移降至nV/°C水平。標(biāo)準(zhǔn)自穩(wěn)零運(yùn)算放大器的工作原理詳見指南MT-055。本指南討論自穩(wěn)零技術(shù)在儀表放大器中的應(yīng)用。
AD8230自穩(wěn)零儀表放大器
AD8230是一款儀表放大器，基于自穩(wěn)零拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)具有高共模信號(hào)抑制性能。
內(nèi)部信號(hào)路徑由一個(gè)有源差分采樣保持級(jí)(前置放大器)構(gòu)成，其后是一個(gè)差分放大器(增益放大器)。這兩個(gè)放大器以自穩(wěn)零方式來(lái)最大程度地減少失調(diào)和漂移。全差分拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)提高信號(hào)對(duì)寄生噪聲和溫度效應(yīng)的抗擾度。放大器增益由兩個(gè)外部電阻進(jìn)行設(shè)置，以便于實(shí)現(xiàn)TC匹配。AD8230可以接受的輸入共模電壓范圍是電源電壓(±5 V)之內(nèi)(含電源電壓)。信號(hào)采樣速率由一個(gè)6 kHz片內(nèi)振蕩器和邏輯控制，以獲得所需的非重疊時(shí)鐘相位。
為了簡(jiǎn)化功能描述，我們將使用兩個(gè)時(shí)序時(shí)鐘相位A和B來(lái)區(qū)分內(nèi)部操作的順序，分別如圖1和圖2所示。相位A(采樣相位)操作如圖1所示。
圖1：采樣相位(相位A)中的AD8230自穩(wěn)零儀表放大器
在相位A期間，采樣電容在共模電位下與輸入信號(hào)相連。輸入信號(hào)的電壓差VDIFF存儲(chǔ)于采樣電容CSAMPLE中。只要采樣電容的共模電位不同于前置放大器，則輸入的共模電位就會(huì)影響CSAMPLE。在此期間，增益放大器與前置放大器斷開，以便使其輸出保持在之前采樣的輸
入信號(hào)所設(shè)置的電平，即圖1中CHOLD所保持的電平。
在相位B中，對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)，結(jié)果將移除輸入共模成分。相位B的狀態(tài)如圖2所示。
圖2：傳輸相位(相位B)中的AD8230自穩(wěn)零儀表放大器
前置放大器的共模輸出保持在基準(zhǔn)電位VREF。當(dāng)采樣電容的底板連接到前置放大器的輸出端時(shí)，輸入信號(hào)共模電壓將被拉升至放大器的共模電壓VREF。通過(guò)這種方式，采樣電容達(dá)到與前置放大器相同的共模電壓。剩余的差分信號(hào)出現(xiàn)在增益放大器上，從而刷新保持電容的信號(hào)電位，如圖2所示。增益放大器會(huì)調(diào)理存儲(chǔ)于保持電容CHOLD上的更新信號(hào)。
前置放大器和增益放大器都具有自穩(wěn)零特性。前置放大器在相位A期間(即當(dāng)采樣電容與信號(hào)源相連時(shí))自動(dòng)歸零。通過(guò)將前置放大器的差分輸入連接在一起，所產(chǎn)生折合到輸出端的失調(diào)電壓被連接至前置放大器的一個(gè)輔助端口上。負(fù)反饋會(huì)強(qiáng)制在輔助端口產(chǎn)生消除電壓。在相位B期間，前置放大器的輸入端不再短路，采樣電容則與前置放大器的輸入端和輸出端相連。前置放大器已在相位A中自動(dòng)歸零，其失調(diào)處于最低水平?？衫靡粋€(gè)單獨(dú)的指零放大器(圖中未顯示)來(lái)實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)零功能。有關(guān)AD8230自穩(wěn)零儀表放大器工作原理的更多詳情，請(qǐng)參閱參考文獻(xiàn)3。
盡管AD8230在0.1 Hz至10 Hz帶寬范圍內(nèi)的峰峰值RTI噪聲只有3 µV，但是其在1 kHz下的電壓噪聲頻譜密度為240 nV/√Hz。因此，AD8230需要一個(gè)合適的輸出RC濾波器，以將測(cè)量帶寬中的噪聲降至可以接受的水平。
AD8230自穩(wěn)零儀表放大器的主要規(guī)格如圖3所示。
圖3：AD8230自穩(wěn)零儀表放大器的主要規(guī)格
ADI公司針對(duì)單電源工作模式而優(yōu)化的自穩(wěn)零儀表放大器有AD8553、AD8555、AD8556和AD8557四款。
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3. Charles Kitchin and Lew Counts, A Designer''''''''s Guide to Instrumentation Amplifiers, 3rd Edition, Analog Devices, 2006.
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