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自动调零运算放大器——便携式信号调理应用固有的优点
来源:本站整理  作者:佚名  2009-03-18 10:28:08




3消除1/f噪声
1/f噪声又名闪烁(flicker)噪声,是由传导路径的不规则性和晶体管内偏置电流造成的噪声而引起的低频现象。在较高的频率上,1/f噪声可忽略不计,因为其他来源的白噪声开始占据主导地位。如果输入信号近乎直流信号(如来自应变计、压力传感器和热电偶等的输出),该低频噪声将是个大问题。


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。

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