斩波运算放大器中输入电流噪声和 偶次谐波折叠效应的分析

作者:Yoshinori Kusuda

本文介绍了对一种斩波运算放大器输入电流噪声的理论分析和测量,该放大器具有10 pF输入电容、5.6 nV/√Hz电压噪声PSD和4 MHz单位增益带宽。当配置的闭环增益更高时,输入电流噪声以输入斩波器处动态电导的热噪声为主。此外,理论分析确定了输入电流噪声的另一个来源—由输入斩波器处动态电导采样的放大器电压噪声所引起。而且,在采样时,宽带电压噪声谱密度会折回到低频,使得相应的电流噪声谱密度实际上随着闭环带宽的加宽而增加,因而配置的闭环增益越小,电流噪声谱密度越大。当闭环增益为10时,测得的电流噪声为0.28 pA/√Hz,但在单位增益配置时,电流噪声增加到0.77 pA/√Hz。

I. 引言

斩波技术周期性地校正放大器的失调电压,故能实现微伏级失调电压和非常小的1/f噪声(其转折频率低于亚赫兹)1,2。因此,许多斩波运算放大器和仪表放大器主要用于检测源阻抗和信号频率相对较低的小输入电压。其重要应用之一是放大反映光、温度、磁场、力的毫伏级传感器信号,此类信号的频率大多低于千赫兹2。然而,相比于没有斩波的传统CMOS放大器,输入斩波器的开关会引入高得多的输入偏置电流和输入电流噪声3,4。当放大器的输入由高源阻抗驱动时,这种输入电流噪声会被转换为电压噪声,其在放大器整体噪声中可能占据主导地位3,4。

文章“斩波放大器中输入电流噪声的测量和分析”4解释了输入电流噪声的各种可能来源,并且将与输入MOS开关的电荷注入相关的散粒噪声确定为主要噪声源。然而,文章“带开关输入的放大器中的额外电流噪声”5将输入斩波器处的动态电导的热噪声确定为主要噪声源。在所有先前的测量中,放大器的输出电压噪声通过放大器输出到输入的反馈衰减与输入斩波器隔离。

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