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精密放大器:零漂移特性和更宽电源电压及输入电压范围

作者:时间:2013-05-06来源:网络收藏

运放是信号调理的关键部件,可以实现放大、缓冲、驱动、电平移位、有源滤波、I-V转换、V-I转换以及各种数学运算功能(加、减、积分、微分、乘除法等)。在不同的应用中,对功能的不同要求已经催生出许多不同类别的专用,从而实现更高的性能,并简化了设计流程。这些高性能器件包括仪表、电流检测、差分和可编程增益

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/175259.htm

对于精密放大器,多年来稳定前行并在2012年迅猛发展的两大关键趋势是:零漂移特性和更宽的电源电压及输入电压范围,本文将重点解析这两个重要技术特性及其相关的产品和应用。

零漂移放大器

在许多工业仪表和医疗应用中,传感器产生的输出电压通常很低,需要通过具有高增益和精密直流性能的信号调理进行调理。然而,运算放大器的失调电压、漂移和1/f噪声会引入误差,从而影响直流或低频、低电平电压的测量。因此,必须最大程度地降低运放的失调电压和漂移,消除1/f噪声,以实现最佳的信号调理。

零漂移放大器很好地实现了这些要求,能动态地校正失调电压使得失调电压大大降低,并重整噪声密度使1/f噪声消失。零漂移放大器最初用于预期设计寿命10年以上的系统,以及使用高闭环增益(》100)和低频(《100 Hz)、低幅度信号的信号链,适用于包括精密电子秤、医疗仪器、精密计量设备和红外/电桥/热电堆传感器接口的应用。另外,与标准放大器相比,零漂移放大器具有将近零的失调电压和更高的开环增益,较高的电源抑制比和共模抑制比。

几种经典零漂移放大器

零漂移放大器通常采用两种技术——自稳零或斩波,这两种技术各有其优缺点,适合不同应用。自稳零采用采样保持技术,由于噪声折回基带,其带内电压噪声较大;斩波使用信号调制和解调技术,具有更低的基带噪声,但在斩波频率及谐波处产生噪声频谱。ADI公司推出的ADA4528-1采用斩波+自动校正反馈环路的技术,将斩波频率及谐波处的噪声频谱大大降低。ADA4528-1是迄今业界最低噪声、最低失调漂移的精密零漂移运算放大器,具有轨到轨输入输出摆幅能力。ADA4528-1提供最大2.5µV的低失调电压以及最大0.015µV/?C的业界最低失调电压漂移,开环增益为140dB,共模抑制比为135 dB,电源抑制比为130 dB。ADA4528-1适合供电电压范围在2.2V至5V的仪器仪表和医疗应用,如热电偶/热电堆、称重传感器和桥式传感器、精密仪器、电子秤、医疗仪器及手持式测试设备等。

除了普通的运放采用自稳零的技术,专用放大器产品也采用了该技术以获得性能的提升。AD8230是采用自稳零技术的一款低漂移精密仪表放大器。自稳零特性使失调电压漂移降至50 nV/?C以下,在−40℃至+125℃扩展工业温度范围内也能保持高性能。此外,AD8230还具有高共模抑制比——最低值为110dB,能够抑制传感器距仪表较远的测量中的线路噪声;16V轨到轨共模输入范围则可以适应地电位变化幅度达数伏的噪声环境。AD8230的低频噪声保持在最小值3 μV峰峰值,因而成为要求极高直流精密应用的绝佳选择。

AD8217/8/9是采用零漂技术的电流检测放大器,在-40℃至+125℃整个工作温度范围和共模电压范围内,失调漂移典型值为±100nV/℃。器件中还特别进行了设计,使得无论是否存在共模电压,在整个输入差分电压范围内该器件都能保持线性输出,而输入失调电压典型值为±50 μV。

典型应用解析

图2所示是一个精密电子秤信号调理系统,它使用一个低功耗缓冲式24位Σ-Δ型ADC AD7791和两个外部零漂移放大器ADA4528-1。该解决方案支持单电源供电,可提供高直流增益。

对于满量程输出为10mV的称重传感器,该提供15.3位的无噪声码分辨率。利用本电路可以非常灵活地设计定制低电平信号调理前端,用户可以轻松优化传感器-放大器-转换器组合电路的整体传递函数。来自称重传感器的低电平幅度信号由两个零漂移放大器ADA4528-1放大,放大器连续自行校正任何直流误差,尽可能保持精确。除了低失调电压和漂移外,ADA4528-1也没有1/f噪声,这一重要特性有助于电子秤在直流或低频时进行精确测量。

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图2:基于ADA4528-1的精密电子秤信号调理电路。

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关键词: 电路 放大器

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