适合自动调零放大器的应用范围介绍

应用自动调零放大器与应用任何运算放大器并没有太大区别。大多数新设计具有与任何其他放大器相同的引脚输出和功能。直流闭环增益由电阻器以相同方式设定;并且可以以相同的方式完成诸如过滤，集成等功能。在大多数应用中，主要调节将限制带宽以从通带中排除斩波噪声和IMD伪像。对于具有固定斩波频率的自动归零放大器，这通常将其应用限制在1或2 kHz以下的直流或低频信号。

精密电流分流器精度分流电流传感器受益于差分配置中使用的自动归零放大器的一些独特属性（图1）。分流电流传感器用于反馈控制系统的精密电流源。它们还可用于各种其他应用，包括电池电量计，电动助力转向中的扭矩反馈控制和精密功率计量。

在此类应用中，最好使用分流器具有极低的电阻，可最大限度地降低串联电压降;这样可以最大限度地减少功率浪费，并且可以测量大电流而不会产生明显的电压降。典型的分流器可能为0.1 W.在1安培的测量电流值下，分流器的输出信号为数百毫伏甚至伏特，放大器误差源并不重要。但是，在1 mA范围内的低测量电流值下，分流器的100μV输出电压需要非常低的失调电压和漂移，以保持绝对精度。还需要低输入偏置电流，因此“注入”偏置电流不会成为测量电流的显着百分比。高开环增益，CMR和PSR都有助于保持整体电路精度。只要电流变化率不是太大，就可以使用固定频率的自动归零放大器，效果非常好。

通常希望将信号带宽限制到所需的最低值，因为这最小化了斩波时钟噪声的影响并且还使总噪声最小化。请记住，自动调零放大器的总电压噪声与信号带宽的平方根成正比（E N = e N ×√BW）。通过添加与反馈电阻并联的可选电容（C），可以创建简单的低通滤波器。使用普通放大器的附加级可以提供放大电压电平的附加增益和滤波。凭借其高开环增益，自动归零放大器可以轻松提供100×至1000×的闭环增益，允许在后续阶段使用具有几毫伏偏移和相当高的电压噪声的廉价CMOS放大器，而不会牺牲系统精度。如果放大器的增益带宽除以级增益小于斩波时钟频率的一半，则使用自动调零放大器的高级增益也可以为滤波器滚降增加额外的极点。但是，滤波器性能会受到放大器到放大器GBW变化的影响。

如果信号频率超过斩波时钟频率的一半左右，则自动归零放大器类型具有伪随机时钟速率，例如AD8571，可以使用。在这种情况下，由于稍高的宽带噪声和更高的带宽，最大的整体精度会略微降低;但是斩波时钟不会在时钟频率产生大的误差项，并且IMD的影响将被最小化。

应变桥：另一种常见的应用，其中低偏移和相关的低频性能有助于实现宽动态范围，是应变桥。用于力和压力传感器以及称重秤，这些桥通常产生相对较小的输出电压水平，即使在满量程时也是如此。在本例中，四通道AD8554中的四个放大器中的三个用于激励和差分放大（见图2）。满量程输出可能是几十毫伏。在这种情况下，自动调零放大器的极低失调电压对测量信号的误差最小。称重秤的长采样时间受益于缺乏1 / f噪声。放大器的低长期漂移也最小化或消除了重新校准要求。

压力传感器系统通常需要线性化以产生精确的输出值，受益于低偏移和漂移。可以对特征良好的传感器进行缩放和线性化，而无需考虑与放大器的相互作用，因为增加的放大器误差项可以忽略不计。低输入偏置电流也可以使用更高的电桥阻抗;这可以显着提高便携式或环路供电应用中的系统功耗，因为在相同的输出范围内，桥式激励电流可以低得多。较低的桥激励电流还使桥自热引起的误差最小化。大多数应变计电桥应用本质上都是低频的，因此固定频率自动调零放大器的有限有用带宽不是问题。通过使用随机时钟自动调零放大器，可以使用具有更高频率输出或带有交流激励的桥接器。

红外（IR）传感器，特别是热电堆，越来越多地用于温度测量，应用范围广泛，如汽车气候控制，人耳温度计，家庭绝缘分析和汽车维修诊断。传感器的输出信号相对较小，需要高增益，偏移电压和漂移非常低，以避免直流误差。如果使用级间交流耦合（图3），低偏移和漂移可防止输入放大器的输出漂移接近饱和。低输入偏置电流从传感器的输出阻抗产生最小误差。与压力传感器一样，一旦校准温度测量值，放大器随时间和温度的漂移就会消除额外的误差。较低的1 / f噪声可提高在超过1/5秒的时间内进行直流测量的SNR。图3显示了一个放大器，可以将交流信号从100到300微伏提升到1到3伏的水平。

精确参考（图4）：低压系统中的精密电压基准IC可能缺乏处理所要求的所有工作的灵活性。例如，（a）它们可能需要低压差，或（b）它们可能必须处理输出和吸收负载电流，或（c）使用它们的系统除了正极之外可能只需要负参考参考。凭借其极低的偏移和漂移，其输出驱动能力以及有源反馈的使用，自动归零放大器与精密参考相结合，可以为这些问题提供有效的解决方案。

图4.精密放大器增强了精确参考的灵活性

以上只是提出广泛适用性的一些想法自动归零放大器。几乎所有在中等信号带宽上处理小输入信号和宽动态范围的应用都值得考虑使用自动归零放大器来提高性能。经过校准并且必须在长时间内保持性能而无需维护的系统也将受益。任何需要严格的直流性能的通道间匹配的应用也是候选。高增益自动调零放大器的直流误差贡献非常小，使用多通道甚至单通道器件不会显着降低多个输入通道的匹配。多个设备（双通道和四通道）对匹配的低频交流输入也很有帮助。