精密放大器和低噪聲失調電路技術

　　3.2 相關重采樣技術(CDS)

　　相關重采樣技術可以描述為AZ技術+S／H，他廣泛地應用于采樣系統(tǒng)和開關電容電路SC(Switched Capacitor Circuits)中。雖然CDS技術對輸出信號進行采樣／保持，CDS技術對AMP失調和噪聲的影響與AZ技術相似。和AZ技術一樣，CDS基帶傳輸函數(shù)Ho(fTs)同樣也在DC處引入一個零點來消除AMP的失調，同時大大削弱1／f噪聲分量；另一方面，雖然對于n≠0時的傳遞函數(shù)二者有些不同，但由于寬帶噪聲被雙采樣，他們由采樣引入的混疊成份是可以比擬的。

　　3.3 斬波穩(wěn)零技術(CHS)

　　3.3.1 基本原理

　　與AZ技術不同，CHS采用的是調制和解調技術，而不是采樣技術。他對信號進行偶數(shù)次采樣(兩次)，而對AMP噪聲和失調進行奇數(shù)次采樣(一次)，噪聲和失調被調制到載波的奇數(shù)次頻率處，而信號被經過偶數(shù)次調制，被解調回基帶，通過低通濾波，可以將信號提取而將噪聲和失調抑制。

　　CHS的原理如圖4所示，假定輸入信號最高截止頻率為斬波頻率的一半，則不會產生信號的頻譜混疊。信號將被m1(t)調制到其奇數(shù)次頻率處，經過AMP放大，然后再由m2(t)解調回基帶。

　　3.3.2 對噪聲的影響

　　斬波調制技術對AMP噪聲的影響可以通過圖5來說明，這里VN(t)代表了AMP引入的所有噪聲和失調，m1(t)為斬波調制的載波信號。

　　輸出信號的PSD可以給定為：

　　經過斬波調制，噪聲被搬移至斬波頻率的奇數(shù)次諧波處。

　　(1)對白噪聲的影響

　　假定AMP的截止頻率fc為斬波頻率的5倍，即fc=5fchop，T為斬波周期。則對于白噪聲，在基帶內(∣fT∣≤0.5)噪聲特性可以用一白噪聲的PSD來近似：

　　圖6的結果顯示了式(4)給定的輸出白噪聲PSD對輸入白噪聲PSD歸一化的結果，不難看出，輸出PSD總是要比輸入小。對于較小的∣fcT∣，輸出PSD相對于輸入被大大削弱，當∣fcT∣>6時，輸出PSD逼近輸入的90％。

　　(2)對1／f噪聲的影響

　　CHS的斬波調制技術對AMP1／f噪聲的影響，也可以通過相似的分析得到，假定fc》fchop，圖7給出了斬波輸出1／f噪聲PSD結果，1／f噪聲的極點位置遠離了基帶，被搬移到了斬波頻率的奇數(shù)次諧波處。在基帶內1／f噪聲的PSD可以近似為一白噪聲分量：

　　3.3.3 存在的缺陷

　　雖然斬波技術(CHS)對降低AMP噪聲和失調是十分有效的，但也存在一些缺陷。最大的不足是輸出仍會存在一定的殘余失調，如果調制解調器是由MOS開關構成，則非理想特性主要包括時鐘潰通、電荷注入。通常的解決辦法是用CMOS開關來取代MOS開關，讓相反的電荷量由兩個溝道相互注入，以減小單溝道MOS開關的非線性效應。但是PMOS器件和NMOS器件的溝道電荷很難完全匹配，該方法不只能減少放大器的殘余失調，但不能完全消除。

　　4 精密運放未來的發(fā)展空間

　　在未來的幾十年內，應汽車、智能系統(tǒng)、生產線上的性能監(jiān)視子系統(tǒng)的需要，具有低失調、低噪聲特性的精密放大器將更為廣泛應用于傳感器監(jiān)視，為精密運放的發(fā)展注入新的活力的同時，也給設計師和芯片制造商提出了更高的要求。更低的噪聲、更小的失調，更小的溫度系數(shù)和更高的性價比，將成為下一代精密運放設計的焦點。電路構架、制造工藝和封裝技術的不斷發(fā)展和微調技術的不斷創(chuàng)新，將為下一代精密運放的發(fā)展提供可靠的支撐，高精度運放將在工業(yè)自動化、醫(yī)療器材、量測儀器、汽車電子、甚至軍事國防等不同領域扮演日趨重要的角色。