一种斩波失调稳定仪表放大器的研究与设计

2 斩波失调稳定技术
斩波过程会产生很多混频产物，包括斩波频率和输入信号的和、差项。这些混频产物会引起很大的失真，特别是当信号频率接近斩波频率时尤为明显。而且低通滤波会减小可用信号的带宽。要想在信号带宽不减小的情况下抑制噪声和失调，最好的解决办法是使用斩波失调稳定的运算放大器。这种电路结构在主通路提供信号带宽，而辅助通路减少失调，其电路结构如图2所示[4]，其中辅助通路包括斩波稳定放大器和积分器，主通路只有1个放大器。

假设主放大器的主、辅输入端的失调电压分别为V_osm(主)、V_osm，1(辅)，主、辅输入端的增益分别为A_m、Am，1；辅助运放的等效失调电压为V_osn、增益为An，整个放大器的整体失调电压为V_os，则有：

3 斩波失调稳定放大器的设计和仿真
3.1 辅助运算放大器
本文采用的辅助放大器如图3(a)所示[4]，它是由两级运放和1个调制器、1个解调器组成，它有一个显著的特征：解调器放在两级运放之间，主极点P1在第二级运放上、次极点在第一级运放上。为了满足放大器的相位裕度，第一级的截止频率要比整体的高。由于本方案是在第二级之前解调的，所以第二级运放的运算放大器的截止频率fc可以比fch低，从而降低了斩波运放的功耗。而传统的斩波放大器是在输出端进行解调的，所以各级放大器的fc要比fch高。另外，相位补偿电容可以作为第一级的窄带LPF，所以本斩波放大器不需要在后面接LPF。
当输入1 mV、1 kHz的小信号及斩波频率为10 kHz时，斩波电路的开环瞬态仿真结果如图3(b)所示。

3.2 主放大器
主放大器采用差分差值放大器DDA(Differential Difference Amplifier)[5]，其采用了两对差分对结构，相当于一个四输入、单端输出的电路组态，如图4所示。DDA电路有两个跨导放大器和一个将电流转电压(I→V)的放大单元。输入信号以差分的形式输入，通过跨导单元转化成差分电流，再将各对应支路上的电流进行算术运算，最后通过电流转电压单元放大输出。

主放大器采用共源共栅结构，如图5所示[6]，有2个主输入端(V+，V-)和2个辅助输入端(Va+，Va-)。失调信号△V加在辅助输入端，在辅助放大器尾端产生一个微扰电流△i，然后通过电流镜M13~M16在主放大器产生+/-m△i，经共源共栅放大后产生失调校正△V0。M7~M10共源共栅电流镜作为负载，可以提高输出摆幅[7]。