利用自动归零噪声滤波器降低仪表放大器的输出噪声

作者：时间：2010-01-28来源：网络收藏

与传统方案相比，这种间接电流反馈架构有两个重要优点：

输入共模电源在第一级即被抑制掉，使得仪表放大器可以采用单电源供电并可在整个增益范围内处理零电位或负电位检测。

放大器增益通过两个内部匹配电阻设置，大大提高了增益精度。

自动归零放大器的基本原理

为了连续校准放大器的失调电压，自动归零放大器用一个“零”放大器并联在信号路径上，内部振荡器工作在自动归零频率(fC)，典型值为几十kHz。工作过程分为两个阶段，如图3 所示。自动归零阶段：两个开关都置于1，电容(C1)充电到归零放大器(A2)的失调电压。主放大器(A1)的失调电压(由C2 保持)通过NULL 引脚校准。放大阶段：两个开关都置于位置2；C1 保持归零放大器的失调电压(已经通过NULL 引脚校准)；A1 的失调电压由A2 测量并保存在C2 上。

图3. 自动归零放大器的基本工作原理图

自动归零放大器组成了一个数据采样系统，由此会产生采样或自动归零频率fC 与信号频率(fS)的和与差。为避免混叠失真，信号带宽限制在fC 的一半以下。

自动归零技术能够使放大器大大降低输入失调电压 VOS，降至几个微伏，失调电压漂移达到每摄氏度几十分之一微伏。如果fC 比噪声截止频率高很多，1/f 噪声仍然可以被抑制掉。理论上，自动归零放大器不存在1/f 噪声，但是，斩波操作在较宽频带内增大了输出白噪声。

降低自动归零频率附近的噪声

MAX4209 是一个间接电流反馈仪表放大器，由于内置自动归零电路，具有非常高的直流精度。在有些应用中，MAX4209 的输出直接连接到ADC，滤除其输出噪声可有效改善系统性能。输出噪声是由宽带白噪声和自动归零频率fC 以及其倍频处的毛刺组成。特别是在ADC 的采样频率与自动归零频率fC 之差落在有效频带时，引入这个滤波器更为重要。本文给出的测试结果采用的是固定增益为100 的MAX4209H，器件的信号带宽为7.5kHz， fC 约为45kHz。由放置在放大器OUT 和FB 引脚间的外置电容(C)和内部电阻(R2)并联构成一阶低通滤波器，滤波器的极点由C 和R2 决定，MAX4209H 内部的R2 是99kΩ，图4 为噪声测量电路。