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

斩波器稳定的结构得益于具有前馈路径，如图2框图的上信号路径所示，这是一种将增益带宽扩展到采样频率之外的高速信号路径。这不仅有助于保留输入信号的高频分量，而且还能提高低频的环路增益。假设运算放大器的开环增益下降了-20 dB/十年。当单位增益带宽增加时，图也向更高增益方向移动。

在图3中给出了一个例子，当运算放大器被放入闭环系统时，系统的开环增益增加，提高了系统的闭环精度。这对于低边电流检测和传感器接口应用特别有用，在这些应用中，信号是低频的，差分电压相对较小。

图3. 开环增益随两个斩波稳定放大器的频率变化而变化。更高带宽的NCS21911显示增加单位增益带宽也如何增加总开环增益。增加的开环增益提高闭环系统的精度，即使是直流系统。

然而，并不是所有的零漂移放大器都一样。架构的不同实施可能有不同的结果。即使由于采样的限制，安森美半导体的NCS333和NCS21911系列运算放大器与其他制造商的竞争器件相比有最小的混叠，不太容易受到混叠效应的影响。这是因为安森美半导体的专利方案使用两个级联的、对称的、RC陷波滤波器调谐到斩波频率和它的5次谐波，以减少混叠效应。

另一种零漂移架构被称为“自归零”。图4所示的自归零架构的框图类似于斩波稳定架构，但实现方式不同。自归零架构有主放大器和稳零放大器。此方法还使用时钟系统。

在第一阶段，开关电容保持前一相位在稳零放大器输出的偏移误差。在第二阶段中，利用稳零放大器输出的偏移量来校正主放大器的偏移量。自归零和斩波稳定放大器的结构差异导致噪声性能和混叠灵敏度的差异，这将在后面的章节中讨论。

Auto-Zero Amplifier: 自归零放大器High frequency path：高频路径Main amp: 主放大器

Switch: 开关Nulling amp：稳零放大器Low frequency path：低频路径

图4. 自归零运放的简化框图

确定零漂移放大器时钟频率

许多零漂移放大器数据表不提供关于内部时钟频率的信息。有时，可能在应用部分的段落中提及。有时，可通过噪声或带宽图中的扰动来识别所指的时钟频率。因此，取决于用户测试电路是否易受混叠的影响。

这里分享的方法非常简单：它包括在一定范围的频率扫描放大器输入到增益带宽乘积，同时观察示波器上的运算放大器输出。据作者所知，所有已知的零漂移放大器的内部时钟频率在放大器的增益带宽内，通常在增益带宽的大约三分之一处。这些放大器将在小于该频率一半的信号带宽上表现最佳。

发现和测试混叠

一些零漂移放大器的数据表声称它们没有混叠。可以假设这些制造商尽力测量任何可能的混叠，但没有发现。安森美半导体在零漂移放大器的开发中，对竞争放大器的初始测量也证明没有混叠。当时，在竞争对手器件的输出中没有发现伪时钟。然而，进一步的测试表明，使用简单的基于示波器的测量技术仍可发现这些器件有混叠。

客户报告使用一些制造商的零漂移运放的系统出现问题，同时发现混叠。在这些情况下，共同主题是感兴趣的信号、低频或直流信号在哪里具有叠加的高振幅、高频干扰或纹波信号。端部系统的结果各不相同，包括闭环系统在不正确条件下稳定和系统无法报告正确信号。

过去发现混叠现象的工作涉及到使用精密的光谱和网络分析系统，这些系统提供了不确定的结果。为了采取更基本的方法，把示波器连接到放大器输出以便于直接视觉观察。对于输入激励，使用发生器在预期时钟频率处(和视乎需要的其它地方)扫描输入频率，以查看是否可以在输出端产生“拍频”。这种方法很好用，考虑到最初的工作是采用 +1的增益配置，如图5所示，可以说是最线性的运算放大器配置之一。

SIGNAL GENERATOR: 信号发生器OSCILLOSCOPE: 示波器

图5. 检测混叠的测试电路是个简单的单位增益缓冲器。该技术的实质是在示波器查看器件输出。频谱和网络分析仪似乎并不总是检测与零漂移放大器内部工作相关的信号。