【導讀】斬波型運放提供較低的失調電壓，同時也極大地減少了1 / f(閃爍)噪聲。它是怎么做到的？這篇短文就來討論這個主題。
斬波型運放提供較低的失調電壓，同時也極大地減少了1 / f(閃爍)噪聲。它是怎么做到的？這篇短文就來討論這個主題。
斬波運放的輸入級如圖1所示，是一個具有差動輸入和差動輸出的相對傳統(tǒng)的跨導放大器。斬波開關完成輸入和輸出正負極的換向，輸入和輸出的換向是同步的。由于差動輸入和輸出同時換向，開關網絡將在電容C1上產生恒定的信號。
跨導放大級的失調電壓存在于輸入開關網絡，它被輸出開關反向并周期性地傳送到輸出端。失調電壓引起的輸出電流會導致電容C1兩端產生電壓，這個電壓會隨著換向開關的換向而以相同斜率上升和下降。運放內部邏輯通過平衡上升和下降時間來保證電容C1輸出電壓為零，從而實現(xiàn)零失調。
早期的斬波只提供有限的三角波噪聲的濾除，這導致它們被標上產生惡劣噪聲設備的標簽，并僅僅被用于那些將失調電壓做為關鍵性能的場合。（這也許是發(fā)出大噪聲的摩托車名字的來源。）特別麻煩的是，預斬波失調電壓決定了三角波的幅度，因此斬波噪聲個體差異性很大。
新一代斬波器安靜多了，它集成了開關電容濾波器，這個濾波器在斬波頻率及奇次諧波處具有多個陷波點。同時，在傳輸?shù)较乱患壷?，完成電容C1的充放電。集成的充放電技術，使網絡的輸出均值十分接近零。在頻域，它具有sinc(x) 或sin(x)/x 濾波器的頻率響應特性，可以精確的通過基波并濾除三角波各次諧波。
輸出交互網絡中的8個開關交替給2個電容C1充電。這種設計允許輸入信號在一個電容上積分的同時，另一個電容將信號傳遞到下一級。
因為1/f(閃爍)噪聲是一個緩慢的時變的失調電壓，斬波器事實上也抑制了這種低頻范圍內噪聲譜密度的增加。斬波將基帶信號推移到斬波頻率的范圍，超過了輸入級的1/f頻率范圍。因此，斬波放大器的低頻段有著與運放高頻段相同的噪聲譜。
我已經將所有信號中的噪聲清除干凈了，這樣就具有完美的零失調。當然，這里仍然存在一些失調誤差，這是由于開關過程中充電時的損耗和電容失配以及寄生參數(shù)產生的影響。輸入級增益大量減少了后級對失調的貢獻?？傮w來說，寬帶放大器要求更快的斬波頻率，這增加了充電時的損耗誤差。這種誤差在整個產品的生命周期中溫度穩(wěn)定，這是這類設備重要的屬性。
即便如此，我也不認為現(xiàn)代的斬波運放可以取代和限制標準運放的使用，但新一代的斬波運放應用更為廣泛。它們提供低且穩(wěn)定的失調電壓，幾乎沒有閃爍噪聲，已經非常接近標準運放了。
(來源：EDN電子技術設計，作者：作者：Bruce Trump 資深模擬工程師）
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