零漂移精密运算放大器：测量和消除混叠 以实现更精确的电流检测

低失调电压至关重要，因为输入失调电压被噪声增益放大，在输出端产生偏移误差。

在图1所示的差分放大电路中，输出电压是信号增益项和噪声增益项之和：

作为内部运放参数，输入失调电压与噪声增益而不是信号增益相乘。这将导致输出偏移误差。

尽量减小这种偏移量的一种精密放大器，利用多种技术来降低输入失调电压。对于零漂移放大器，这特别适用于低频和直流信号。表2比较了常用的通用运算放大器与斩波稳定的零漂移放大器的最大输入偏移量。

器件 说明 最大VOS @ 25°C

LM321[1] 传统通用运算放大器 7000 µV

NCS20071[2] 通用运算放大器 3500 µV

NCS21911[3] 斩波稳定零漂移运算放大器 25 µV

NCS333A[4] 斩波稳定零漂移运算放大器 10 µV

表2. 比较常用的通用运算放大器与斩波稳定零漂移运算放大器的最大失调电压。

零漂移运算放大器的构成?

精密运放能够实现“零漂移”失调电压，随着温度和时间的变化，通过多种技术保持低输入失调电压。放大器可实现这的方法之一是使用一种定期测量输入失调电压并校正输出端偏移量的设计技术。这种结构称为斩波稳定结构。

与所有工程解决方案一样，零漂移运算放大器也有其局限性。一个不太明显的原因是斩波稳定放大器的内部电路包含钟控系统。安森美半导体的NCS333[4]和NCS21911[3] 中所用的斩波稳定结构的简化框如图2所示。

虽然有些人可能会认为，这种类型的斩波是一个实时系统，但实践表明，它容易受到经典采样系统的混叠或外差问题的影响。斩波稳定运算放大器的主要伪像发生在信号接近斩波器的时钟频率时。本文使用了混叠这个词，但所含的问题称为外差可能更为恰当。

Chopper-Stabilized Amplifier: 斩波稳定放大器High frequency path: 高频路径

Main amp: 主放大器Low frequency path: 低频路径Chopper：斩波

Nulling amp：稳零放大器RC notch filter: RC陷波滤波器

图2. 斩波稳定运算放大器的简化框图

在图2中，下信号路径是斩波器采样输入失调电压的地方，然后用于校正输出偏移量。此偏移校正频率在放大器的总带宽内。由于这种结构使用采样法，所以当输入信号频率保持在相关奈奎斯特(Nyquist)频率以下时，就会表现出最佳性能。

这意味着输入信号频率不仅需要在闭环带宽范围内，而且还要在偏移校正频率的一半范围内才能达到最佳性能。这使得斩波器保持高于Nyquist速率的采样频率，消除了混叠的可能性。当信号频率超过Nyquist频率时，可能在输出端发生混叠。由于使用采样系统，故这是所有斩波器和斩波稳定结构的固有限制。