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博文連載：看一個(gè)TI老工程師如何馴服精密放大器 斬波型運放提供較低的失調電壓，同時(shí)也極大地減少了1/ f(閃爍)噪聲。它是怎么做到的？這篇短文就來(lái)討論這個(gè)主題。 斬波運放的輸入級如圖1所示，是一個(gè)具有差動(dòng)輸入和差動(dòng)輸出的相對傳統的跨導放大器。斬波開(kāi)關(guān)完成輸入和輸出正負極的換向，輸入和輸出的換向是同步的。由于差動(dòng)輸入和輸出同時(shí)換向，開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )將在電容C1上產(chǎn)生恒定的信號。 
跨導放大級的失調電壓存在于輸入開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )，它被輸出開(kāi)關(guān)反向并周期性地傳送到輸出端。失調電壓引起的輸出電流會(huì )導致電容C1兩端產(chǎn)生電壓，這個(gè)電壓會(huì )隨著(zhù)換向開(kāi)關(guān)的換向而以相同斜率上升和下降。運放內部邏輯通過(guò)平衡上升和下降時(shí)間來(lái)保證電容C1輸出電壓為零，從而實(shí)現零失調。 早期的斬波只提供有限的三角波噪聲的濾除，這導致它們被標上產(chǎn)生惡劣噪聲設備的標簽，并僅僅被用于那些將失調電壓做為關(guān)鍵性能的場(chǎng)合。（這也許是發(fā)出大噪聲的摩托車(chē)名字的來(lái)源。）特別麻煩的是，預斬波失調電壓決定了三角波的幅度，因此斬波噪聲個(gè)體差異性很大。 新一代斬波器安靜多了，它集成了開(kāi)關(guān)電容濾波器，這個(gè)濾波器在斬波頻率及奇次諧波處具有多個(gè)陷波點(diǎn)。同時(shí)，在傳輸到下一級之前，完成電容C1的充放電。集成的充放電技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò )的輸出均值十分接近零。在頻域，它具有sinc(x) 或sin(x)/x 濾波器的頻率響應特性，可以精確的通過(guò)基波并濾除三角波各次諧波。
輸出交互網(wǎng)絡(luò )中的8個(gè)開(kāi)關(guān)交替給2個(gè)電容C1充電。這種設計允許輸入信號在一個(gè)電容上積分的同時(shí)，另一個(gè)電容將信號傳遞到下一級。 因為1/f(閃爍)噪聲是一個(gè)緩慢的時(shí)變的失調電壓，斬波器事實(shí)上也抑制了這種低頻范圍內噪聲譜密度的增加。斬波將基帶信號推移到斬波頻率的范圍，超過(guò)了輸入級的1/f頻率范圍。因此，斬波放大器的低頻段有著(zhù)與運放高頻段相同的噪聲譜。 我已經(jīng)將所有信號中的噪聲清除干凈了，這樣就具有完美的零失調。當然，這里仍然存在一些失調誤差，這是由于開(kāi)關(guān)過(guò)程中充電時(shí)的損耗和電容失配以及寄生參數產(chǎn)生的影響。輸入級增益大量減少了后級對失調的貢獻�？傮w來(lái)說(shuō)，寬帶放大器要求更快的斬波頻率，這增加了充電時(shí)的損耗誤差。這種誤差在整個(gè)產(chǎn)品的生命周期中溫度穩定，這是這類(lèi)設備重要的屬性。 即便如此，我也不認為現代的斬波運放可以取代和限制標準運放的使用，但新一代的斬波運放應用更為廣泛。它們提供低且穩定的失調電壓，幾乎沒(méi)有閃爍噪聲，已經(jīng)非常接近標準運放了。 |
