在基于自动调零的放大器中,1/f噪声在失调校正的过程中被滤除了。由于该噪声源出现在输入端,并且噪声信号变化相对较慢,因此可认为是放大器失调的一部分,能相应地得到补偿。
4低偏置电流
偏置电流就是流入放大器输入偏置输入晶体管的总电流。该电流的强度可在μA级别到pA级别不等,很大程度上取决于放大器输入电路的架构。当将高阻抗传感器连接到放大器输入时,该参数变得极为重要。偏置电流流经该高阻抗传感器时,传感器上会产生压降,导致电压误差。对于这些应用,就需要低偏置电流。
实际上,现今市场上的所有自动调零放大器均采用CMOS输入级,可产生很低的偏置电流。但是,来自内部开关的注入电荷会使偏置电流略高于更传统的CMOS输入运放。
5静态电流
对于电池供电的应用,静态电流是个关键参数。由于调零放大器和支持自校正自动调零架构所需的其他电路,在带宽和压摆率给定的情况下,自动调零放大器通常会比传统放大器消耗更多的静态电流。已对此进行了重大改进以提高该架构的效率。部分运放(例如, MCP6V03)提供片选或关断引脚,以便在器件不工作时尽可能减小静态电流。
应用示例:便携式口袋秤
以上指出了自动调零架构有助于提高放大器性能的几个参数。下面将探讨使用应变计的应用示例,它会突显出自动调零放大器的部分优势。
便携秤是被广受用于称量如贵金属、珠宝和药物等小物件的设备。这些设备用电池供电,通常需要达到1/10g的精度,甚至更高。因此,该应用需要对用于称重的应变计进行高精度而低功耗的信号调理。
应变计使用电阻来测定各外力造成的应变量。有几类不同的应变计,最常见的是金属应变计。此类应变计金属线或小片金属箔组成。施力时,应变计上应力(或正或负)的改变会导致应变计电阻改变。随后通过测量电阻的变化量即可获知所施加的力的大小。通常将一个或多个应变计以惠斯通电桥的方式连接,因为这种电路能提供优异的灵敏度。电阻值的改变是很小的,因此惠斯通电桥电路的总电压输出也很小。对于本例,我们假定输出满量程电压为10mV。
图2是用于分析该应用的一个简化电路。请注意,该电路并非用于完整表示实际的电路,而是经过简化来展示自动调零架构的优点。例如,惠斯通电桥电路的输出应经过缓冲以提供高阻抗输入,但以下电路图并未显示缓冲电路。在该电路中,放大器的差动增益被配置为500,因此理想状态下惠斯通电桥的满量程输出可经过放大器变为5V输出。
图2 简化的应用电路
由于该应用需要大增益,因此放大器的失调电压很关键。放大器造成的任何电压失调,都会被增益放大。例如,MCP606是一个CMOS运放,其内带有一个非易失性存储器以减小输入失调电压,在这种情况下,室温时的最大失调电压为250μV(室温下)的最大失调。