自动调零(或自动稳零)是一种动态地抵消失调电压和失调电压漂移的技术,它能将相对输入端的失调电压降低到mV级,将失调电压漂移降低到nV/℃级。动态抵消失调的另一优点是可降低低频噪声,特别是1/f噪声。自动稳零运算放大器的基本指导思想是:如果能将运放两个输入端短路时或加共模输入信号时的输出电压 (误差电压)先用电容器寄存起来(简称采样),再与运放正常工作时的输出电压相减(简称校零),则可有效地减小失调电压、失调电流及温度变化和电源电压波动所引起的漂移,也可有效地抑制共模信号。

AD8230具有自稳零电路结构,其内部信号路径由一个有源差分采样保持级(前置放大器)和一个差分放大级(增益放大器)组成。两级放大器都能实现自稳零,使失调和漂移减少到最低,全差分电路结构增强了对寄生噪声的抵抗能力。自动稳零基本原理如图 1所示,这里以两个相继时钟相位A、B分别描述其内部工作顺序。

电路通过电子开关来切换两个阶段循环工作:在时钟上半周期,电路处于采样阶段,采样电容器CSAMPLE连接到信号输入端,该输入信号的差分电压VDIFF被存储在CSAMPLE上,共模电压被抑制。在此期间,增益放大器与前置放大器断开,以使其输出保持在以前采样的输入信号幅度;在时钟下半周期,电路处于动态校零和放大阶段,CSAMPLE上采集的差分信号被提供给增益放大器,刷新存储在CHOLD上的电压值,并由增益放大器放大。当CSAMPLE连接到前置放大器的输出端时,前置放大器的共模输出电压被下拉到参考电位VREF。用这种方法,使CSAMPLE与前置放大器具有相同的共模电压。

精密应变测试仪的实现

应变测试仪主要由桥压产生、射频干扰(RFI)滤波、共模抑制、信号放大、低通滤波和缓冲驱动等电路构成,其结构框图如图2所示。

稳零式精密仪表放大器AD8230的原理、特性及在应变测试仪中的应用

图1 自动稳零基本原理

图2 应变测试仪结构框图

在实际应用环境中,不断增加的射频干扰,被放大器整流后可能表现为难以消除的直流失调误差,同时考虑到信号传输线路长、强度弱的情况,在仪表放大器前设置一个差分低通滤波器,用以尽可能多地从输入端去除RF能量,保持每个输入端与地之间的AC信号平衡,以及在测量带宽内保持足够高的输入阻抗,以避免降低对输入信号源的带载能力。