零漂移放大器：將好的（精度）與壞的（時(shí)域性能）結(jié)合起來(lái) 零漂移放大器，即實(shí)現(xiàn)連續(xù)自校正架構(gòu)的放大器，由于其能夠?qū)崿F(xiàn)高水平的直流精度而受到廣泛歡迎。雖然這種關(guān)注是當(dāng)之無(wú)愧的，但這種卓越的精度有一個(gè)缺點(diǎn)，即放大器的時(shí)域性能。

零漂移放大器的基本架構(gòu)在深入研究這些零漂移放大器的時(shí)域方面之前，回顧一下其中許多器件中使用的基本架構(gòu)是有益的。圖1提供了斬波穩(wěn)定架構(gòu)的高級(jí)視圖，例如Microchip的許多MCP6Vxx零漂移放大器上使用的架構(gòu)。

圖1.斬波器穩(wěn)定架構(gòu)。

斬波穩(wěn)定放大器有兩個(gè)信號(hào)路徑，一個(gè)始終連接到主放大器的高帶寬路徑和一個(gè)較低帶寬的輔助路徑。主放大器專為高帶寬而設(shè)計(jì)，并決定整個(gè)放大器的指定增益帶寬乘積和壓擺率。輸入信號(hào)也通過輔助路徑路由，輔助路徑在輸入和輸出端都有斬波開關(guān)，然后是濾波器級(jí)，然后再添加回主放大器路徑。該次級(jí)路徑中的輔助放大器具有極高的增益，使其能夠校正從毫伏到微伏的失調(diào)。

架構(gòu)如何影響時(shí)域性能 現(xiàn)在我們已經(jīng)對(duì)這種架構(gòu)有了基本的了解，讓我們探討一下它如何影響放大器的時(shí)域性能。我們首先考慮放大器輸入端的大規(guī)模階躍響應(yīng)，如圖2所示。

圖2.大規(guī)模階躍響應(yīng)。

在本例中，輸入電壓（以紅色顯示）幾乎立即從大約200 mV步進(jìn)至5.2V。單位增益放大器的輸出電壓（以藍(lán)色顯示）試圖匹配此階躍響應(yīng)，但壓擺受限，輸出需要額外的時(shí)間才能穩(wěn)定到其最終值。對(duì)于自我糾正架構(gòu)來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)特別困難的情況。如前所述，零漂移放大器內(nèi)的高帶寬信號(hào)路徑負(fù)責(zé)整體速度（增益帶寬和壓擺率）。但是，一旦達(dá)到階躍響應(yīng)的新值，輸出必須穩(wěn)定在零漂移放大器的失調(diào)下限值（通常小于50 μV）內(nèi)。這涉及帶寬受限的輔助路徑，因此很大程度上是斬波頻率的函數(shù)。使用更高的時(shí)鐘頻率可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)較快的建立時(shí)間，但對(duì)于零漂移放大器，這些時(shí)間通常在幾十微秒或更高。然而，較高的斬波頻率會(huì)導(dǎo)致最終校正失調(diào)電壓的增加，這通常是精密設(shè)計(jì)的首選。

零漂移放大器的另一個(gè)時(shí)域方面是啟動(dòng)行為。當(dāng)放大器第一次上電時(shí)，有一小段時(shí)間，放大器的輸出ifier將反映主放大器的未校正失調(diào)誤差（如上圖所示）。一旦電源電壓達(dá)到跳變點(diǎn)（由放大器上電復(fù)位電路定義），輔助校正路徑需要幾個(gè)時(shí)鐘周期，然后主放大器的輸出才能回到指定的失調(diào)電平內(nèi)。通常，此啟動(dòng)時(shí)間完全在放大器工作的整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)，因此不是問題。但是，如果放大器配置為高閉環(huán)增益，則放大器輸出端的瞬時(shí)未校正失調(diào)（可能高達(dá)±5 mV）可能導(dǎo)致放大器供電軌。在這種情況下，啟動(dòng)時(shí)間還需要包括放大器返回其線性工作區(qū)域所需的時(shí)間。對(duì)于Microchip零漂移放大器，數(shù)據(jù)手冊(cè)中提供了該過驅(qū)恢復(fù)時(shí)間的典型值。

了解放大器架構(gòu)如何影響時(shí)域性能有助于避免設(shè)計(jì)陷阱

現(xiàn)代零漂移設(shè)計(jì)一直在努力使這些時(shí)域權(quán)衡盡可能小，但系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員仍然值得意識(shí)到這些潛在問題。延長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間和過驅(qū)恢復(fù)會(huì)影響系統(tǒng)內(nèi)其他與時(shí)序相關(guān)的功能，例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣的適當(dāng)時(shí)間。通過了解這些潛在問題以及它們與這種獨(dú)特架構(gòu)的關(guān)系，設(shè)計(jì)人員可以在初始設(shè)計(jì)中彌補(bǔ)這些問題，而不是在設(shè)計(jì)完成后跟蹤與時(shí)序相關(guān)的問題。

審核編輯：郭婷