中图分类号：TN402 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245990
中文引用格式：邓新伟，杨尚争，毛佳烽，等. 一种应用乒乓自归零的高精度放大器[J]. 电子技术应用，2025，51(3)：49-53.
英文引用格式：Deng Xinwei，Yang Shangzheng，Mao Jiafeng，et al. A high-precision amplifier using ping-pong auto-zeroing[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(3)：49-53.
A high-precision amplifier using ping-pong auto-zeroing
Deng Xinwei，Yang Shangzheng，Mao Jiafeng，Hu Weibo，Ren Liru
College of Electronic Information and Optical Engineering， Nankai University
Abstract：This paper presents the design and implementation of a low-offset, high-gain operational amplifier (op-amp). The overall circuit consists of a bandgap reference, oscillator, frequency divider, auxiliary op-amp, and main op-amp. By employing a ping-pong auto-zeroing architecture, the circuit achieves continuous operation while significantly reducing the input offset voltage of the amplifier. Furthermore, this paper proposes a novel and efficient control timing scheme that effectively reduces the settling time during ping-pong switching at a relatively low cost, further minimizing the output glitches of the amplifier. The amplifier chip was designed and fabricated in a 350 nm CMOS process. Measurement results demonstrate that under a 5 V supply voltage, the amplifier consumes 0.65 mA current, achieves a maximum input offset voltage of 3 µV, provides a gain-bandwidth product of 8 MHz, and exhibits a noise spectral density as low as 30 nV/√Hz.
Key words :low-offset；ping-pong；auto-zeroing；amplifier
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。
