Dinamik ofset eliminasyon yöntemi (analog IC tasarımı siyah teknolojisi!)
Kaynak: EETOP Forum ve simüle edilmiş Mavericks resmi hesabı
Eser sahibi: 131v1vv
Daha önce, forumdaki yaygın op amp yapılarının ofset katkısını analiz etmiştim ( İşlenmemiş ofset geriliminin temelde mV olduğunu biliyoruz. seviyesi. Yüksek hassasiyetli uygulamalar için, bu kadar büyük miktarda ofset tolere edilemez, bu nedenle ofseti optimize etmeye odaklanan bir düşük ofset amplifikatörü vardır. Öncelikle ticari olarak mevcut düşük dengesizlikli op amp ürünlerinin mevcut hizasızlık ve sıcaklık kayması düzeyine bir göz atalım. Şekil 1, birkaç şirketin ürünlerini listeler.
Şekil 1
Maksimum giriş ofsetinin temelde uV mertebesinde olduğu ve maksimum sıcaklık kaymasının temelde nV / mertebesinde olduğu görülebilir. Açıktır ki, sadece diğer tasarım parametrelerinden ödün vererek ofseti bu seviyeye düşürmek mümkün değildir.Siyah teknolojisi yapısal olarak Dinamik Ofset İptali kullanır, bu da zaman ve sıcaklıkla değişen ofseti gerçek zamanlı olarak ortadan kaldırabilir.
Şu anda, iki temel ofset eliminasyon teknolojisi vardır, otomatik sıfır (otomatik sıfır) ve doğrama (doğrama) Bu iki teknolojinin kendi avantajları ve dezavantajları vardır.Elbette, iki teknolojinin yükseltilmiş versiyonları da vardır. Kıyma yöntemi, akım aynasının ofsetinde ve ortadan kaldırılmasında da bahsedilmektedir. Aşağıda ayrı ayrı açıklayalım.
otomatik sıfır teknolojisi
Otomatik sıfırlama, esas olarak ofseti düzeltmek için örneklemeyi kullanan bir zaman alanı modülasyon yöntemidir. Genellikle anahtarlamalı kapasitör devre uygulamaları ile birleştirildiğinde, ofset voltajı örnekleme aşamasında örnekleme yoluyla kapasitör üzerinde depolanır ve ofset sinyal hesaplama aşamasında ortadan kaldırılır. Ofset voltajı, op amplifikatörün girişinde veya çıkışında mevcut olabilir.
Şekil 2, en temel giriş terminali örneğini gösterir, ofset voltajı Vos'tur ve C1 kondansatörü ofset voltajını depolamak için kullanılır. F1 aşamasında, op amp tampon bağlıdır ve op ampin kendisinin yüksek kazancı A kullanılır ve kapasitör voltajı Vc yaklaşık Vos'dur. F2 aşamasında, giriş sinyali Vin yükseltilir ve hem Vos hem de Vc hesaplamaya katılır, bu da çıktıya bindirilmiş sınırlı bir hata sinyali olarak tezahür eder.
şekil 2
Gerçek işlemsel yükselticinin sonlu kazancı A küçük bir hataya neden olacaktır Spesifik hata hesaplaması ve girişe eşdeğer ofset Şekil 3'te gösterilmektedir.
resim 3
Çıkışta depolanan ofset voltajının bir örneği Şekil 4'te gösterilmektedir, burada trans-iletkenlik G1 ve G2'dir ve ofset sırasıyla V1 ve V2'dir. Toplam çıkış empedansı Rout'tur, C1 kondansatörü ofset voltajını saklamak için kullanılır ve F1 ve F2'nin anahtarlama durumları şekilde gösterilmiştir.
Şekil 4
Çıkış voltajı ve eşdeğer giriş ofset hesaplama sonuçları Şekil 5'te gösterilmektedir. Eşdeğer giriş ofsetinin kazanç tarafından daha küçük bir miktara zayıflatıldığı görülebilir.
Şekil 5
doğrama teknolojisi
Doğrama, ofseti ve sinyali farklı frekanslara modüle etmek için frekans etki alanı modülasyonunu ve demodülasyonu kullanır ve ardından filtre filtreleme yoluyla yüksek frekanslara modüle edilen ofseti filtreler. Temel fikir Şekil 6'da gösterilmektedir.
Resim 6
Şekil 7 basit bir şematik diyagramı göstermektedir: CH1 aracılığıyla, giriş sinyali Vin bir yüksek frekans sinyali Va olarak modüle edilir ve düşük frekanslı ofset voltajı Vos ve Va üst üste bindirilir ve bir amplifikatör tarafından A1 kez yükseltilir ve çıkış sinyali Vb'dir. CH2'den sonra, yükseltilmiş yüksek frekans girişi düşük frekansa modüle edilebilir ve yükseltilmiş ofset aynı anda yüksek frekansa modüle edilebilir ve yüksek frekans, yalnızca yükseltilmiş giriş sinyali ve karşılaştırmayı bırakarak alçak geçiren filtre aracılığıyla zayıflatılabilir. Küçük dalgalanma.
Şekil 7
Yukarıdaki iki teknoloji için, gerçek ofseti etkileyecek ideal olmayan faktörler vardır. Biri ideal olmayan bir anahtardır, özellikle kanal şarj enjeksiyonu ve saat beslemesi için; diğeri kapasitör sızıntısı içindir. Bunlar, devre tasarımı sırasında tamamen dikkate alınması gereken ek ofsetler getirecektir.
Uygulama (dengelenmiş dengelenmiş)
Hangi teknolojinin kullanılacağını seçmeden önce, öncelikle olumsuz geribildirim sistemindeki uygulamaya bakalım. Diferansiyel op amp giriş ofset analizinin Şekil 1'de, op amp çıkışına negatif geri beslemede katkıda bulunan ofset voltajının, kazanç 1 + R2 / R1 ile çarpılan pozitif girişe gösterilen ofsete eşdeğer olabileceğini hesapladık. Şekil 8'de, ofset stabilize amplifikatör olarak adlandırılan ofseti ortadan kaldırmak için negatif geri besleme sisteminde bir yardımcı amplifikatör A2 kullanıyoruz.
Yardımcı amplifikatör A2'nin yüksek kazancı kullanılarak, A1'in ofset voltajı Vos yükseltilir ve A1'in çıkışına telafi edilir. Hesaplama sonuçları, eğer A2 kazancı A1'den çok daha büyükse, eşdeğer girdi ofsetinin A1 / A2 katına düşürülebildiğini ve böylece büyüklükte bir azalma elde edilebileceğini göstermektedir.
Figür 8
Şekil 8'deki yapı çift kanallıdır, A1 ana sinyal kanalıdır ve A1'in giriş ofsetini azaltmak için kullanılan yükseltici A2 yardımcı kanaldır. Dikkate alınması gereken, A2'nin nasıl gerçekleştirileceği ve A2 dengesizliğinin nasıl ortadan kaldırılacağıdır? Sırasıyla Şekil 8'de A2 için yukarıda bahsedilen iki teknoloji kullanılarak, Şekil 9'da gösterilen uygulama elde edilebilir.
Resim 9
Bu nedenle, özel uygulama söz konusu olduğunda, otomatik sıfırlama veya doğrama bir sorundur. Bağımsız otomatik sıfır teknolojisi, sürekli zamanlı uygulamalar için uygun olmadığını belirler ve bağımsız doğrama sinyal yolunda düşük geçişli filtrenin uygulanması, daha yüksek bir bant genişliğine sahip olamayacağını belirler. O halde iki teknolojinin avantajlarını birleştirmek ve mimaride birbirini tamamlamak gerekiyor.
Şekil 9'da gösterilen doğrama ofseti dengeli amplifikatör için, Gn'nin giriş ofseti Vn daha da nasıl azaltılabilir? Otomatik sıfır teknolojisi, Şekil 10'da gösterilen yapıyı elde etmek için karıştırılabilir.
Resim 10
F1 ve Fc saati sırasıyla otomatik sıfırlama ve kesmenin anahtarlama zamanlamasını kontrol eder. Bunlar arasında, geçiş iletkenliği G2 ve çıkış G1 ana sinyal kanalını oluşturur. G5, G4 ve G3, G2'nin giriş ofsetini ortadan kaldırmak için kullanılan yardımcı kanallardır. Otomatik sıfır, G5'in giriş ofsetini azaltabilir ve G2 giriş ofseti V3, kesme yoluyla elimine edilir.
Bu iki yöntemin çarpışması birçok yapıyı da ortaya çıkarabilir Daha fazla bilgi için lütfen "Dinamik Ofset Dengeli CMOS Amplifikatörleri" kitabına ve Witte, Makinwa ve Huijsing tarafından yayınlanan makalelere bakın.
gürültü, ses
Aslında, op amp, ofset ve düşük frekanslı gürültüyü (esas olarak 1 / f gürültüsü) ayırt edemez, bu nedenle dinamik ofset iptali, bu arada düşük frekanslı gürültüyü de iyileştirebilir.
Otomatik sıfır teknolojisi için, örnekleme, gürültünün düşük frekansa dönmesine ve daha yüksek düşük frekanslı gürültü olarak tezahür eden diğer ada kolayca dönmesine neden olabilir. Doğrama yöntemi, düşük frekanslı gürültüyü daha yüksek bir frekansa modüle eder ve sonunda daha düşük düşük frekanslı gürültü elde edilebilir.
Şekil 11, farklı teknolojilerin gürültü gücü spektrumunun şematik bir diyagramıdır Farklı yöntemlerin gürültü güç spektrumunu geliştirme rahatlığına sahip olduğu görülebilir.
Resim 11
