斬波放大器,助您在設(shè)計中過關(guān)斬將!
發(fā)布時間:2021-02-04 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】隨著可編程邏輯控制器、磅秤和自動測試設(shè)備等工業(yè)設(shè)備對更高分辨率和更高速信號鏈的需求不斷增加,此類信號鏈中對充當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)驅(qū)動器和電壓基準(zhǔn)緩沖器的精密放大器的需求也在增加。
本文中,我將介紹在設(shè)計精密信號鏈時常會遇到的兩個設(shè)計難題,并說明如何克服它們。但您首先必須了解這些系統(tǒng)中常用的斬波放大器。
什么是斬波放大器?
斬波放大器是一種零漂移運算放大器,因具有超低的失調(diào)電壓而聞名,這歸功于其內(nèi)部拓撲結(jié)構(gòu),無論配置如何,都能在很大程度上減小放大器的失調(diào)電壓。因而具有非常低的失調(diào)電壓誤差(失調(diào)電壓、漂移、共模抑制比 [CMRR]、電源抑制比 [PSRR] 和開環(huán)電壓增益 [Aol]),如圖1所示。此拓撲的另一個好處是,由于放大器將低頻噪聲感知為直流誤差(并因而盡量減少噪聲),因此它具有平坦的1/f或閃爍噪聲。斬波放大器是直流到幾萬赫茲的頻率下要求高精度的應(yīng)用(例如,精密溫度監(jiān)測、惠斯通電橋測量和電壓基準(zhǔn)緩沖)的理想選擇。
圖形和規(guī)格差異表明,與連續(xù)時間放大器相比,由于架構(gòu)的原因,斬波放大器具有低失調(diào)電壓誤差和平坦的1/f噪聲曲線。
圖1:斬波放大器具有低失調(diào)電壓誤差和平坦的1/f噪聲曲線
接下來,我們再回到精密信號鏈面臨的難題。
難題1:更大限度減小整個溫度范圍內(nèi)的失調(diào)電壓誤差
設(shè)計精密信號鏈時遇到的其中一大難題是更大限度減小ADC驅(qū)動器和基準(zhǔn)緩沖器產(chǎn)生的失調(diào)電壓誤差。雖然在生產(chǎn)期間執(zhí)行校準(zhǔn)可以改善失調(diào)電壓、CMRR、PSRR和Aol性能,但失調(diào)電壓溫漂的校準(zhǔn)很困難而且成本昂貴,需要在生產(chǎn)期間更改系統(tǒng)溫度或增加校準(zhǔn)環(huán)路,從而會增大系統(tǒng)尺寸和物料清單計數(shù)。得益于斬波放大器固有的低溫漂性能,使用斬波放大器有助于解決此問題,不再需要校準(zhǔn)溫漂。
但是,下一代斬波放大器有一個新的問題,使這些器件無法實現(xiàn)更好的溫漂。此問題稱為塞貝克效應(yīng),它是熱電偶效應(yīng)的一部分。塞貝克效應(yīng)是指在溫度梯度間產(chǎn)生電勢,該電勢在自熱放大器運行期間以及環(huán)境溫度下自然產(chǎn)生。對于在信號路徑(從引腳到放大器核心)中使用異種金屬的器件,此梯度會增加。
認識到這一局限性并使用不同材料進行廣泛的實驗之后,德州儀器確定了一種材料組合,能夠在-40℃至+125℃的整個溫度范圍內(nèi)生產(chǎn)OPA2182時,僅產(chǎn)生最高12nV/°C的溫漂。圖2對比了OPA2182與非斬波放大器OPA2140的溫漂。
兩個圖形顯示了OPA2182和OPA2140之間的輸入溫漂差異。
圖2:OPA2182溫漂與OPA2140激光修整溫漂
難題2:縮短信號穩(wěn)定時間
在設(shè)計精密信號鏈時的另一個難題是如何快速而準(zhǔn)確地在ADC輸入端使信號趨穩(wěn)。對于在信號鏈的輸入端使用多路復(fù)用器來節(jié)省布板空間和系統(tǒng)成本的系統(tǒng),趨穩(wěn)特別困難。開關(guān)輸入產(chǎn)生的問題是,當(dāng)多路復(fù)用器切換通道時,ADC驅(qū)動器可能會看到階躍輸入。為了提供保護,許多放大器之間連接有反向并聯(lián)二極管。當(dāng)遭受階躍響應(yīng)時,輸入將不再近似相等(與正常運行時相同),并且其中一個反向并聯(lián)二極管將變?yōu)檎蚱?,從而將電流從一個輸入端引到另一個輸入端。此電流將流經(jīng)多路復(fù)用器和信號源,從而導(dǎo)致穩(wěn)定響應(yīng)延遲。
為了縮短放大器的穩(wěn)定時間,德州儀器為器件增加了支持多路復(fù)用器(MUX)的輸入,例如OPA2182。這個已獲專利的結(jié)構(gòu)去掉了反向并聯(lián)二極管,并且由于沒有錯誤電流流過信號源和多路復(fù)用器,使放大器能夠更快地建立階躍輸入。圖3對比了支持多路復(fù)用器的輸入與經(jīng)典輸入級。
圖中顯示了支持多路復(fù)用器的OPA2182與經(jīng)典輸入級之間的輸出電壓隨時間而產(chǎn)生的差異。
圖3:OPA2182的穩(wěn)定時間:支持多路復(fù)用器的輸入與經(jīng)典輸入級
盡管在設(shè)計精密信號鏈時存在許多難題,但是像OPA2182這樣的斬波放大器可提高溫漂性能,并改進支持多路復(fù)用器的輸入,從而幫助簡化設(shè)計。
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請聯(lián)系小編進行處理。
推薦閱讀:
特別推薦
- 復(fù)雜的RF PCB焊接該如何確保恰到好處?
- 電源效率測試
- 科技的洪荒之力:可穿戴設(shè)備中的MEMS傳感器 助運動員爭金奪銀
- 輕松滿足檢測距離,勞易測新型電感式傳感器IS 200系列
- Aigtek推出ATA-400系列高壓功率放大器
- TDK推出使用壽命更長和熱點溫度更高的全新氮氣填充三相交流濾波電容器
- 博瑞集信推出低噪聲、高增益平坦度、低功耗 | 低噪聲放大器系列
技術(shù)文章更多>>
- 基于GD32F407VET6主控芯片的永磁同步電機控制器設(shè)計
- 如何選擇和應(yīng)用機電繼電器實現(xiàn)多功能且可靠的信號切換
- 基于APM32F411的移動電源控制板應(yīng)用方案
- 數(shù)字儀表與模擬儀表:它們有何區(qū)別?
- 聚焦制造業(yè)企業(yè)貨量旺季“急難愁盼”,跨越速運打出紓困“連招”
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
交流電機
腳踏開關(guān)
接觸器接線
接近開關(guān)
接口IC
介質(zhì)電容
介質(zhì)諧振器
金屬膜電阻
晶體濾波器
晶體諧振器
晶體振蕩器
晶閘管
精密電阻
精密工具
景佑能源
聚合物電容
君耀電子
開發(fā)工具
開關(guān)
開關(guān)電源
開關(guān)電源電路
開關(guān)二極管
開關(guān)三極管
科通
可變電容
可調(diào)電感
可控硅
空心線圈
控制變壓器
控制模塊