一種斬波失調穩定儀表放大器的研究與設計

儀表放大器是把關鍵元件集成在放大器內部，它源于運算放大器，但優于運算放大器。其低噪聲、低失調、高共模抑制比、高輸入阻抗等是儀表放大器的重要指標。
目前降低1/f噪聲和失調的方法有:微調技術、自動歸零技術和斬波技術。微調技術無法降低放大器的1/f噪聲和溫度漂移。自動歸零技術是一種采樣技術，通過對低頻噪聲、失調進行采樣，然后在運算放大器的輸入或輸出端，把它們從信號的瞬時值中減去，實現對1/f噪聲和失調的降低，因為該技術對寬帶白噪聲是一種欠采樣過程，所以會造成白噪聲的混疊[1]。斬波技術采用調制和解調的方法，把1/f噪聲和失調調制到高頻端，再經過低通濾波器濾除，而有用信號經過調制后，又解調到基帶，這種技術沒有白噪聲混疊的缺點，但是其斬波頻率限制了其帶寬。
本文設計的儀表放大器，同時應用了斬波穩定技術[2]和自動歸零技術[3]來降低1/f噪聲和失調電壓的影響，具有高的共模抑制比、低失調電壓以及能夠動態補償失調電壓的特點。
1 斬波技術的基本原理
斬波原理圖如圖1所示。斬波技術通過把輸入信號和方波信號調制，再經同步解調和低通濾波后得到所需要的信號，它實質上并沒有消除失調，而是把失調電壓和低頻噪聲調制到高頻，然后通過低通濾波器把高頻處的失調電壓和噪聲濾除掉。在理想情況下，斬波運放能夠完全消除直流失調和低頻噪聲(主要是1/f噪聲)。斬波調制原理如圖1所示，假設V_in、V_out分別是輸入、輸出信號電壓，A為放大器的增益，Vch是周期性方波信號，f_ch