精密放大器和低噪聲失調(diào)電路技術(shù)

　　3.2 相關(guān)重采樣技術(shù)(CDS)

　　相關(guān)重采樣技術(shù)可以描述為AZ技術(shù)+S／H，他廣泛地應(yīng)用于采樣系統(tǒng)和開(kāi)關(guān)電容電路SC(Switched Capacitor Circuits)中。雖然CDS技術(shù)對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行采樣／保持，CDS技術(shù)對(duì)AMP失調(diào)和噪聲的影響與AZ技術(shù)相似。和AZ技術(shù)一樣，CDS基帶傳輸函數(shù)Ho(fTs)同樣也在DC處引入一個(gè)零點(diǎn)來(lái)消除AMP的失調(diào)，同時(shí)大大削弱1／f噪聲分量；另一方面，雖然對(duì)于n≠0時(shí)的傳遞函數(shù)二者有些不同，但由于寬帶噪聲被雙采樣，他們由采樣引入的混疊成份是可以比擬的。

　　3.3 斬波穩(wěn)零技術(shù)(CHS)

　　3.3.1 基本原理

　　與AZ技術(shù)不同，CHS采用的是調(diào)制和解調(diào)技術(shù)，而不是采樣技術(shù)。他對(duì)信號(hào)進(jìn)行偶數(shù)次采樣(兩次)，而對(duì)AMP噪聲和失調(diào)進(jìn)行奇數(shù)次采樣(一次)，噪聲和失調(diào)被調(diào)制到載波的奇數(shù)次頻率處，而信號(hào)被經(jīng)過(guò)偶數(shù)次調(diào)制，被解調(diào)回基帶，通過(guò)低通濾波，可以將信號(hào)提取而將噪聲和失調(diào)抑制。

　　CHS的原理如圖4所示，假定輸入信號(hào)最高截止頻率為斬波頻率的一半，則不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的頻譜混疊。信號(hào)將被m1(t)調(diào)制到其奇數(shù)次頻率處，經(jīng)過(guò)AMP放大，然后再由m2(t)解調(diào)回基帶。

　　3.3.2 對(duì)噪聲的影響

　　斬波調(diào)制技術(shù)對(duì)AMP噪聲的影響可以通過(guò)圖5來(lái)說(shuō)明，這里VN(t)代表了AMP引入的所有噪聲和失調(diào)，m1(t)為斬波調(diào)制的載波信號(hào)。

　　輸出信號(hào)的PSD可以給定為：

　　經(jīng)過(guò)斬波調(diào)制，噪聲被搬移至斬波頻率的奇數(shù)次諧波處。

　　(1)對(duì)白噪聲的影響

　　假定AMP的截止頻率fc為斬波頻率的5倍，即fc=5fchop，T為斬波周期。則對(duì)于白噪聲，在基帶內(nèi)(∣fT∣≤0.5)噪聲特性可以用一白噪聲的PSD來(lái)近似：

　　圖6的結(jié)果顯示了式(4)給定的輸出白噪聲PSD對(duì)輸入白噪聲PSD歸一化的結(jié)果，不難看出，輸出PSD總是要比輸入小。對(duì)于較小的∣fcT∣，輸出PSD相對(duì)于輸入被大大削弱，當(dāng)∣fcT∣>6時(shí)，輸出PSD逼近輸入的90％。

　　(2)對(duì)1／f噪聲的影響

　　CHS的斬波調(diào)制技術(shù)對(duì)AMP1／f噪聲的影響，也可以通過(guò)相似的分析得到，假定fc》fchop，圖7給出了斬波輸出1／f噪聲PSD結(jié)果，1／f噪聲的極點(diǎn)位置遠(yuǎn)離了基帶，被搬移到了斬波頻率的奇數(shù)次諧波處。在基帶內(nèi)1／f噪聲的PSD可以近似為一白噪聲分量：

　　3.3.3 存在的缺陷

　　雖然斬波技術(shù)(CHS)對(duì)降低AMP噪聲和失調(diào)是十分有效的，但也存在一些缺陷。最大的不足是輸出仍會(huì)存在一定的殘余失調(diào)，如果調(diào)制解調(diào)器是由MOS開(kāi)關(guān)構(gòu)成，則非理想特性主要包括時(shí)鐘潰通、電荷注入。通常的解決辦法是用CMOS開(kāi)關(guān)來(lái)取代MOS開(kāi)關(guān)，讓相反的電荷量由兩個(gè)溝道相互注入，以減小單溝道MOS開(kāi)關(guān)的非線性效應(yīng)。但是PMOS器件和NMOS器件的溝道電荷很難完全匹配，該方法不只能減少放大器的殘余失調(diào)，但不能完全消除。

　　4 精密運(yùn)放未來(lái)的發(fā)展空間

　　在未來(lái)的幾十年內(nèi)，應(yīng)汽車(chē)、智能系統(tǒng)、生產(chǎn)線上的性能監(jiān)視子系統(tǒng)的需要，具有低失調(diào)、低噪聲特性的精密放大器將更為廣泛應(yīng)用于傳感器監(jiān)視，為精密運(yùn)放的發(fā)展注入新的活力的同時(shí)，也給設(shè)計(jì)師和芯片制造商提出了更高的要求。更低的噪聲、更小的失調(diào)，更小的溫度系數(shù)和更高的性價(jià)比，將成為下一代精密運(yùn)放設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)。電路構(gòu)架、制造工藝和封裝技術(shù)的不斷發(fā)展和微調(diào)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，將為下一代精密運(yùn)放的發(fā)展提供可靠的支撐，高精度運(yùn)放將在工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療器材、量測(cè)儀器、汽車(chē)電子、甚至軍事國(guó)防等不同領(lǐng)域扮演日趨重要的角色。