- 用于高精度电路中的零漂移放大器的基本架构和应用说明

图4显示了三个不同高电压、零漂移放大器折合到输入的电压噪声密度。注意，测试的全部三个零漂移放大器都表现出了一定程度的开关伪像。某些开关伪像还在其整数倍频率处重复。这些开关伪像可能非常大，并有可能在电路设计中引入误差。因此，了解它们对电路的影响，然后找到减轻影响的方法很重要。如果放大器具有高于开关频率的闭环频率，那么这种噪声频谱的增加将会积分至整个带宽中，并反映在输出端。不仅如此，折合到输入的电压噪声还会被放大器噪声增益放大。例如，假定放大器配置为增益100，那么折合到输出的有效噪声电压密度同样会增加100倍。

图4. 不同零漂移放大器的电压噪声密度

图5. 积分输出电压噪声

积分至放大器输出端的总RMS噪声取决于放大器带宽。输出电压噪声随可用带宽而滚降；因此，增益越高或带宽越宽，则输出放大器噪声的幅度也就越大。图5显示了积分输出电压噪声与频率的关系。这张图对于理解相对频率的总积分噪声很有用。例如，如果放大器的带宽通过滤波而限制在100 kHz，那么放大器的固有电压噪声引起的总输出噪声可由该图得知，如下所示：

表1. 输出积分噪声

使用通用乘法系数（称为波峰因数）将RMS电压转换为峰峰值电压，则峰峰值噪声预计值如表1第三列所示。在一个5 V系统中，ADA4522-2提供18.6位峰峰值分辨率，而放大器B提供16.8位峰峰值分辨率。较低的总积分输出噪声总是有必要的，因为它增加了信噪比，并为整个系统带来了更高的分辨率。

A图5中需注意的另一个有意思的地方是积分噪声在噪声尖峰频率处以阶跃类函数的方式递增。噪声尖峰（噪声能量增加）虽然很窄，但却会大幅增加总输出积分噪声。

时域中的开关伪像

很多时候，在频域的电压噪声密度频谱中可以清楚地看到开关伪像。为了理解基于时间的开关伪像特性，可以将放大器配置为缓冲器，将其同相引脚接地，并通过示波器直接观察输出。图6显示了两个零漂移放大器的典型输出。注意，放大器A在多个幅度中表现出了输出电压尖峰。尖峰每隔0.66 μs就重复一次。这与图4中1.51 MHz处看到的噪声尖峰匹配。另一方面，ADA4522-2在时域中未表现出任何开关伪像（蓝色图形）。换言之，噪声尖峰低于测量系统的噪底，无法测出。这样，设计人员可以在驱动ADC的应用中使用ADA4522-2，并十分自信地知道噪声尖峰不会有任何问题。

图6. 时域中的输出电压噪声

减少开关伪像的滤波器

图7. 带滤波器的零漂移放大器

图8. 带后置滤波器的单位增益零漂移放大器电压噪声密度

有多种方法可以减少开关伪像的影响。这些方法最终都有赖于限制放大器带宽，使其低于开关频率。使用滤波器是抑制噪声尖峰的有效方式。最简单的设计是在放大器输出端放置一个电阻-电容网络，形成低通滤波器（图7A）。图8显示了零漂移放大器的电压噪声密度，后置滤波器设计为低于开关频率10%或20%。800 kHz时的噪声尖峰从36 nV/Hz（无后置滤波器）下降到4.1 nV/Hz（后置滤波器为80 kHz），低于放大器的低频宽带噪声水平。由于后置滤波器位于开关频率以下20%频率处（后置滤波器为8 kHz），噪声尖峰不再可见，而ADA4522-2与其他任何传统放大器都别无二致。

某些应用可能无法在放大器输出端使用RC网络。放大器输出电流流过滤波器电阻，导致电压失调，引起输出误差。这种情况下，可以选择在反馈环路两端放置一个反馈电容来过滤噪声尖峰（图7(b)）。图9显示的是放大器配置为增益10时，无滤波以及在开关频率下方10%处有后置滤波器或反馈滤波器情况下的输出电压噪声密度。后置滤波器配置作为低通滤波器而言，比反馈电容更为有效。

图9. 开关伪像随滤波而减少

在高增益配置下使用零漂移放大器会有所帮助