一种应用乒乓自归零的高精度放大器
作者：邓新伟，杨尚争，毛佳烽，胡伟波，任立儒
发布日期：2025-03-17
来源：电子技术应用
引言
随着互补金属氧化物开云棋牌官网在线客服（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS）工艺的不断发展，CMOS凭借其便于集成以及成本低等优点，逐渐成为了主流工艺。但是CMOS放大器受失调电压（1~10 mV）、温漂以及1/f噪声的影响，无法满足高精度应用的要求。通常在电路设计上解决上述问题有两种技术：斩波技术和自归零技术[1-2]。采用斩波技术会在放大器的输出端引入纹波，如果放大器后面驱动模数转换器(ADC)，这种纹波在ADC采样时会产生较大的误差，除非采样和斩波同步发生在纹波的过零点[3]。随着斩波技术的发展，文献[4-7]分别展示了不同的方法来减小纹波。但所有这些方法有一个共同的缺点:当输入被调制时，即使放大器是无失调偏移的，它们有限的带宽也将引起切换瞬变，而在放大器的输出处解调时，切换瞬变会变成毛刺。而自归零相比斩波而言，由于没有调制解调过程，不会产生纹波[8]。但由于采样作用，自归零是一种不适用于连续时间工作的技术。当需要连续时间操作时，则需要使用乒乓结构[9]，其中两个自归零放大器彼此并联运行，一个自动调零，一个用于放大信号。此外放大器在乒乓切换过程中，一般采用两相非交叠时钟控制切换时序[10]，但这样会在放大器的输出引入毛刺。
为了解决上述问题，本文基于350 nm CMOS工艺设计了一个乒乓结构的自归零放大器。该放大器采用乒乓架构实现自归零的连续工作，使用一种新颖、高效的稳定阶段时序，不仅有效降低了放大器在乒乓切换过程中的稳定时间，而且更重要的是减小了放大器的输出毛刺。本设计实际测试结果表明，在5 V电源电压下，该放大器消耗了650 µA的功耗，实现了最大3 µV的失调电压，8 MHz的增益带宽积，1 kHz下噪声频谱密度为30 nV/√Hz。
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作者信息：
邓新伟，杨尚争，毛佳烽，胡伟波，任立儒
（南开大学 电子信息与光学工程学院，天津 300350）
