隨著工業(yè)設備如可編程邏輯控制器、磅秤和自動測試設備對更高分辨率和更高速度信號鏈的需求不斷增加，對于作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）驅(qū)動器和電壓基準緩沖器的精密放大器的要求也在提升。本文將探討斬波放大器的特點及其在解決精密信號鏈設計難題中的應用，特別是德州儀器（TI）推出的OPA2182。如需OPA2182產(chǎn)品規(guī)格書、樣片測試、采購、BOM配單等需求，請加客服微信：13310830171。

什么是斬波放大器？

斬波放大器是一種零漂移運算放大器，以其超低的失調(diào)電壓著稱。其內(nèi)部拓撲結(jié)構(gòu)使得無論配置如何，都能顯著減小放大器的失調(diào)電壓。這不僅降低了失調(diào)電壓誤差，還提高了共模抑制比（CMRR）、電源抑制比（PSRR）和開環(huán)電壓增益（Aol）。此外，由于放大器將低頻噪聲感知為直流誤差并盡量減少這些噪聲，因此具有平坦的1/f或閃爍噪聲特性。這種拓撲特別適合于要求高精度的應用，例如精密溫度監(jiān)測、惠斯通電橋測量和電壓基準緩沖。

難題1：最大限度減小整個溫度范圍內(nèi)的失調(diào)電壓誤差

在設計精密信號鏈時，一個主要挑戰(zhàn)是如何最大限度地減小由ADC驅(qū)動器和基準緩沖器產(chǎn)生的失調(diào)電壓誤差。雖然校準可以在生產(chǎn)期間改善失調(diào)電壓、CMRR、PSRR和Aol性能，但校準溫漂非常困難且成本高昂，需要在生產(chǎn)過程中改變系統(tǒng)溫度或增加校準環(huán)路，從而增大系統(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，使用這類放大器可以有效解決這一問題，不再需要校準溫漂。

然而，下一代斬波放大器面臨一個新的問題——塞貝克效應。這是熱電偶效應的一部分，在自熱放大器運行期間以及環(huán)境溫度下自然產(chǎn)生。對于在信號路徑中使用異種金屬的器件，這種溫度梯度會增加誤差。德州儀器通過廣泛的實驗，確定了一種材料組合，能夠在-40℃至+125℃的整個溫度范圍內(nèi)使OPA2182僅產(chǎn)生最高12nV/°C的溫漂，從而解決了這一難題。如下圖對比了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。

難題2：縮短信號穩(wěn)定時間

另一個挑戰(zhàn)是在設計精密信號鏈時如何快速而準確地使信號在ADC輸入端趨穩(wěn)。特別是在信號鏈輸入端使用多路復用器以節(jié)省布板空間和系統(tǒng)成本的情況下，趨穩(wěn)尤其困難。當多路復用器切換通道時，ADC驅(qū)動器可能會看到階躍輸入，導致反向并聯(lián)二極管正向偏置，從而引起電流從一個輸入端流向另一個輸入端，延遲了穩(wěn)定響應。

為了縮短放大器的穩(wěn)定時間，德州儀器為OPA2182增加了支持多路復用器（MUX）的輸入。這種專利結(jié)構(gòu)去掉了反向并聯(lián)二極管，消除了錯誤電流流經(jīng)信號源和多路復用器的情況，從而使放大器能夠更快地建立階躍輸入。這不僅提高了系統(tǒng)的響應速度，還簡化了設計過程。