Sumber: Forum EETOP dan simulasi akun resmi Mavericks
Penulis: 131v1vv
Sebelumnya, saya menganalisis kontribusi offset dari struktur op amp umum di forum ( Kita tahu bahwa tegangan offset yang belum diproses pada dasarnya dalam mV. tingkat. Untuk aplikasi presisi tinggi, jumlah offset yang begitu besar tidak dapat ditoleransi, jadi ada penguat offset rendah yang berfokus pada pengoptimalan offset. Mari kita lihat dulu tingkat ketidaksejajaran dan pergeseran suhu saat ini dari produk op amp ketidakseimbangan rendah yang tersedia secara komersial. Gambar 1 mencantumkan produk dari beberapa perusahaan.
Gambar 1
Dapat dilihat bahwa offset masukan maksimum pada dasarnya berada pada urutan uV, dan penyimpangan suhu maksimum pada dasarnya berada pada urutan nV / . Jelas, tidak mungkin untuk mengurangi offset ke level ini hanya dengan mengorbankan parameter desain lainnya.Teknologi Black menggunakan Dynamic Offset Cancellation secara struktural, yang dapat menghilangkan offset yang berubah seiring waktu dan suhu secara real time.
Saat ini, terdapat dua teknologi penghapusan offset dasar, auto-zero (auto-zero) dan chopping (chopping). Kedua teknologi ini memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Tentu saja, ada juga versi upgrade dari kedua teknologi tersebut. Metode pemotongan juga disebutkan dalam offset dan penghapusan cermin saat ini. Mari kita jelaskan secara terpisah di bawah.
teknologi nol otomatis
Auto-zero adalah metode modulasi domain waktu yang utamanya menggunakan pengambilan sampel untuk mengoreksi offset. Seringkali dikombinasikan dengan aplikasi rangkaian kapasitor sakelar, tegangan offset disimpan pada kapasitor melalui pengambilan sampel dalam fase pengambilan sampel, dan offset dihilangkan dalam fase perhitungan sinyal. Tegangan offset bisa ada pada masukan atau keluaran op amp.
Gambar 2 menunjukkan contoh terminal input paling dasar, tegangan offset adalah Vos, dan kapasitor C1 digunakan untuk menyimpan tegangan offset. Pada tahap F1, op amp dihubungkan dengan buffer, dan op amp gain tinggi itu sendiri digunakan, dan tegangan kapasitor Vc adalah sekitar Vos. Pada tahap F2, sinyal input Vin diperkuat, dan Vos dan Vc berpartisipasi dalam perhitungan, menunjukkan bahwa sinyal kesalahan terbatas ditumpangkan pada output.
Gambar 2
Gain terbatas A dari penguat operasional yang sebenarnya akan menghasilkan kesalahan yang lebih kecil.Kalkulasi kesalahan spesifik dan offset yang setara dengan input ditunjukkan pada Gambar 3.
gambar 3
Contoh tegangan offset yang disimpan pada keluaran ditunjukkan pada Gambar 4, di mana transkonduktansinya adalah G1 dan G2, dan offset masing-masing adalah V1 dan V2. Impedansi keluaran total adalah Rout, kapasitor C1 digunakan untuk menyimpan tegangan offset, dan status switching F1 dan F2 ditunjukkan pada gambar.
Gambar 4
Hasil perhitungan tegangan keluaran dan offset masukan ekuivalen ditunjukkan pada Gambar 5. Dapat dilihat bahwa offset input ekivalen dikurangi menjadi jumlah yang lebih kecil oleh penguatan.
Gambar 5
teknologi memotong
Pemotongan menggunakan modulasi domain frekuensi dan demodulasi untuk memodulasi offset dan sinyal ke frekuensi yang berbeda, dan kemudian menyaring offset yang dimodulasi ke frekuensi tinggi melalui filter filtering. Ide dasarnya ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6
Gambar 7 menunjukkan diagram skema sederhana Melalui CH1, sinyal input Vin dimodulasi menjadi sinyal frekuensi tinggi Va, dan tegangan offset frekuensi rendah Vos dan Va ditumpangkan dan diperkuat oleh penguat sebanyak A1 kali, dan sinyal keluaran adalah Vb. Setelah CH2, input frekuensi tinggi yang diperkuat dapat dimodulasi ke frekuensi rendah, dan offset yang diperkuat dimodulasi ke frekuensi tinggi pada saat yang sama, dan frekuensi tinggi dapat dilemahkan melalui filter lolos rendah, hanya menyisakan sinyal input yang diperkuat dan perbandingan. Riak kecil.
Gambar 7
Untuk kedua teknologi di atas, terdapat faktor non-ideal yang akan mempengaruhi offset aktual. Salah satunya adalah sakelar yang tidak ideal, terutama untuk injeksi muatan saluran dan umpan balik jam; yang lainnya adalah untuk kebocoran kapasitor. Ini akan memperkenalkan offset tambahan, yang perlu dipertimbangkan sepenuhnya selama desain sirkuit.
Implementasi (offset-stabilized)
Sebelum memilih teknologi mana yang akan digunakan, pertama-tama mari kita lihat penerapannya dalam sistem umpan balik negatif. Pada Gambar 1 dari analisis offset masukan op amp diferensial, kami telah menghitung bahwa tegangan offset yang dikontribusikan ke keluaran op amp dalam umpan balik negatif dapat setara dengan offset yang ditunjukkan ke masukan positif dikalikan dengan penguatan 1 + R2 / R1. Pada Gambar 8, kami menggunakan penguat bantu A2 dalam sistem umpan balik negatif untuk menghilangkan offset, yang disebut penguat stabil-offset.
Dengan menggunakan penguatan tinggi dari penguat bantu A2, tegangan offset Vos dari A1 diperkuat dan dikompensasikan ke output A1. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa jika penguatan A2 jauh lebih besar dari A1, offset input ekuivalen dapat dikurangi menjadi A1 / A2 kali, sehingga mencapai pengurangan besarannya.
Angka 8
Struktur pada Gambar 8 adalah saluran ganda, A1 adalah saluran sinyal utama, dan penguat A2 yang digunakan untuk mengurangi offset masukan dari A1 adalah saluran bantu. Yang perlu diperhatikan adalah bagaimana merealisasikan A2 dan bagaimana menghilangkan ketimpangan A2? Dengan menggunakan dua teknologi yang disebutkan di atas untuk A2 dalam Gambar 8 secara berturut-turut, penerapan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9 dapat diperoleh.
Gambar 9
Jadi ketika datang ke aplikasi tertentu, auto-zero atau chopping adalah masalah. Teknologi auto-zero independen menentukan bahwa itu tidak cocok untuk aplikasi waktu kontinu, dan penerapan filter low-pass di jalur sinyal chopping independen menentukan bahwa ia tidak dapat memiliki bandwidth yang lebih tinggi. Kemudian Anda perlu menggabungkan keunggulan kedua teknologi tersebut dan saling belajar dalam arsitekturnya.
Untuk amplifier chopping offset-stablized yang ditunjukkan pada Gambar 9, bagaimana cara mengurangi input offset Vn dari Gn? Teknologi auto-zero dapat dicampur untuk mencapai struktur yang ditunjukkan pada Gambar 10.
Gambar 10
Jam F1 dan Fc masing-masing mengontrol waktu switching dari auto-zero dan chopping. Diantaranya, transkonduktansi G2 dan keluaran G1 merupakan saluran sinyal utama. G5, G4 dan G3 adalah saluran bantu yang digunakan untuk menghilangkan offset input G2. Nol otomatis dapat mengurangi offset masukan G5, dan offset masukan G2 V3 dihilangkan melalui pemotongan.
Benturan kedua metode ini juga dapat menghasilkan banyak struktur. Untuk informasi lebih lanjut, lihat buku "Dynamic Offset Compensated CMOS Amplifier" dan makalah yang diterbitkan oleh Witte, Makinwa, dan Huijsing.
kebisingan
Nyatanya, op amp tidak dapat membedakan antara noise frekuensi rendah dan offset (terutama noise 1 / f), sehingga pembatalan offset dinamis juga dapat meningkatkan noise frekuensi rendah.
Untuk teknologi auto-zero, pengambilan sampel dapat dengan mudah menyebabkan derau kembali ke frekuensi rendah dan alias, yang bermanifestasi sebagai derau frekuensi rendah yang lebih tinggi. Metode pencacahan memodulasi derau frekuensi rendah ke frekuensi yang lebih tinggi, dan akhirnya derau frekuensi rendah yang lebih rendah dapat diperoleh.
Gambar 11 adalah diagram skema spektrum daya derau dari berbagai teknologi, terlihat bahwa metode yang berbeda memiliki kemudahan untuk meningkatkan spektrum daya derau.
Gambar 11
- "Detective Tang 2" menjadi film paling mengejutkan di Festival Musim Semi! Tanya saja siapa yang tidak ingin mengikuti Haoran ke New York?
- Setelah pendudukan Cina yang cepat di pasar India, India mungkin ingin menggunakan ekonomi kipas sebagai terobosan
- Daerah ranjau! Kelompok tentara Tiongkok ini mengubah catatan bunuh diri setiap hari ... Kisah di baliknya bahkan lebih mengejutkan ...
- Gunung berapi super aktif dolar AS akhirnya meletus, dan sejumlah besar ibu kota internasional bergegas ke China untuk menghindari bahaya