b>何謂零漂移放大器？
所謂的零漂移放大器正如其名稱所述，是具有接近零值偏移電壓漂移的放大器。該元件持續的針對任何的dc誤差進行自我修正，使得因為時間與溫度所造成的偏移電壓與漂移達到超低位準。零漂移放大器的共通特點就是超低偏移電壓與漂移、高開放迴路增益、高電源供應拒斥、高共模拒斥、以及沒有1/f雜訊。
零漂移放大器會使用在哪些常見的應用領域當中？
零漂移放大器通常會被使用在具有處於低於 100 Hz頻率的低振幅位準信號、需要高封閉迴路增益的精密應用裝置當中。這類型的應用裝置包括精密的電子秤、荷重元（load cell）、橋接器與熱電偶感測器前端、醫療儀器、以及精密度量衡設備等。
為何零漂移放大器通常會被使用在低頻率感測器信號調節系統當中？
感測器往往會生成需要具有高增益、低雜訊、以及精確dc性能信號調節電路的低輸出電壓。然而偏移電壓、漂移、以及1/f雜訊會造成誤差，特別是對於dc或是低頻率與低位準電壓之量測。這些dc的不精確會被電路增益放大，進而導致輸出電壓的偏移。因此，為了獲得最佳化的信號調節，利用零漂移放大器將偏移電壓與漂移最小化，以及消除1/f雜訊是極為重要的。
何謂不同的零漂移設計技巧？
零漂移放大器可以利用不同的技巧加以設計：自動歸零或是斬波，抑或是兩者的結合。每項技術都有其各自的優點與缺點，而且分別被使用於不同的應用領域。自動歸零利用取樣與保持技巧，並擁有更多因為回返至基帶雜訊所造成的帶內電壓雜訊。斬波採用信號調變與解調變，而且具有較低的基帶雜訊，但是會在斬波頻率與其諧波中產生出雜訊能量頻譜。想要降低位於斬波頻率的低頻率雜訊與能量，可以將兩項技巧加以結合。
針對零漂移放大器的業界最新設計技巧是什麼？
在零漂移放大器的設計技巧上有幾項突破性的發展。最近ADI公司為一項能夠藉由本地回授迴路(被稱為自動修正回授（ACFB）)使偏移電壓失效的新斬波技巧申請了專利。這種回授電路有助於達成較低偏移電壓與漂移，進而在總體輸出上可以避免電壓漣波。圖1中所示為經過簡化的方塊圖。它是由具有自動修正回授（ACFB）的高dc增益路徑與高頻率前饋路徑並聯所組成的。輸入基帶信號最初會透過輸入斬波交換網路CHOP1予以調變。接著輸出斬波交換網路CHOP2會將輸入信號加以解調變，並且對跨導放大器Gm1的初始偏移與1/f雜訊予以調變為斬波頻率。在ACFB迴路中，初始偏移與1/f雜訊會由斬波網路CHOP3解調變至dc域，通過陷波濾波器之後送入Gm1的零值輸入終端。Gm1則繼續將初始偏移與1/f雜訊予以歸零。利用這種方法，ACFB迴路會選擇性的對不需要的偏移與1/f雜訊進行抑制，而不會擾亂所需要的輸入基帶信號。高頻率前饋路徑會將任何接近或是高於斬波頻率的高頻率輸入信號予以放大。它也會忽略因為ACFB迴路所導致的相位偏移。
圖1．放大器方塊圖
零漂移放大器與非零漂移放大器的電壓雜訊密度特性有何不同？
也被稱為閃爍雜訊的1/f雜訊原本就存在於半導體元件當中，而且會隨著頻率的降低而提高。因此，它在dc或是低頻率下會成為雜訊的主要來源。一個放大器的1/f轉角就是閃爍雜訊與廣頻雜訊相等時的頻率。圖2中所示為非零漂移放大器之電壓雜訊密度的範例，1/f角頻率為800 Hz。對於dc或是低頻率應用裝置而言，1/f雜訊是主要的雜訊成份，而且在被電路雜訊增益放大時可能會導致顯著的輸出電壓雜訊。另一方面，零漂移放大器會將電壓雜訊重新塑造，藉以消除1/f雜訊。由於1/f雜訊會以慢速變化的偏移呈現，因此可以透過斬波技巧有效的加以消除。這種修正會隨著雜訊頻率接近dc而變得更有效率，消除掉雜訊隨頻率降低而以指數方式增加的趨勢。因此零漂移放大器的0.1 Hz至10 Hz電壓雜訊往往會遠低於容易受到1/f雜訊所影響之標準低雜訊放大器。圖3所示為沒有1/f電壓雜訊的零漂移放大器之電壓雜訊密度。
圖2．非零漂移放大器：電壓雜訊密度vs.頻率 圖3．零漂移放大器：電壓雜訊密度vs.頻率
ADI提供哪些零漂移放大器？
下表中所列為最新發表的零漂移放大器。
表1．零漂移放大器
元件編號 VSY (V) VOS Max (µV) TCVOS Max (µV/C) GBP (MHz) ISY/Amp Max (mA) eN at 1 kHz (nV/√Hz) CMRR Min (db) PSRR Min (db) IB Max (pA) R-R In R-R Out
ADA4528�1 2.2至5.5 2.5 0.015 4 1.7 5.6 135 130 400 Yes Yes
AD8628 2.7至5 5 0.02 2 1 22 110 115 100 Yes Yes
AD8638 5至16 9 0.06 1.35 1.3 60 118 127 40 No Yes
AD8538 2.7至5.5 13 0.1 0.43 0.18 50 110 105 25 Yes Yes
ADA4051-1 1.8至5.5 15 0.1 0.115 0.018 95 105 110 50 Yes Yes
所謂的零漂移放大器正如其名稱所述，是具有接近零值偏移電壓漂移的放大器。該元件持續的針對任何的dc誤差進行自我修正，使得因為時間與溫度所造成的偏移電壓與漂移達到超低位準。零漂移放大器的共通特點就是超低偏移電壓與漂移、高開放迴路增益、高電源供應拒斥、高共模拒斥、以及沒有1/f雜訊。
零漂移放大器會使用在哪些常見的應用領域當中？
零漂移放大器通常會被使用在具有處於低於 100 Hz頻率的低振幅位準信號、需要高封閉迴路增益的精密應用裝置當中。這類型的應用裝置包括精密的電子秤、荷重元（load cell）、橋接器與熱電偶感測器前端、醫療儀器、以及精密度量衡設備等。
為何零漂移放大器通常會被使用在低頻率感測器信號調節系統當中？
感測器往往會生成需要具有高增益、低雜訊、以及精確dc性能信號調節電路的低輸出電壓。然而偏移電壓、漂移、以及1/f雜訊會造成誤差，特別是對於dc或是低頻率與低位準電壓之量測。這些dc的不精確會被電路增益放大，進而導致輸出電壓的偏移。因此，為了獲得最佳化的信號調節，利用零漂移放大器將偏移電壓與漂移最小化，以及消除1/f雜訊是極為重要的。
何謂不同的零漂移設計技巧？
零漂移放大器可以利用不同的技巧加以設計：自動歸零或是斬波，抑或是兩者的結合。每項技術都有其各自的優點與缺點，而且分別被使用於不同的應用領域。自動歸零利用取樣與保持技巧，並擁有更多因為回返至基帶雜訊所造成的帶內電壓雜訊。斬波採用信號調變與解調變，而且具有較低的基帶雜訊，但是會在斬波頻率與其諧波中產生出雜訊能量頻譜。想要降低位於斬波頻率的低頻率雜訊與能量，可以將兩項技巧加以結合。
針對零漂移放大器的業界最新設計技巧是什麼？
在零漂移放大器的設計技巧上有幾項突破性的發展。最近ADI公司為一項能夠藉由本地回授迴路(被稱為自動修正回授（ACFB）)使偏移電壓失效的新斬波技巧申請了專利。這種回授電路有助於達成較低偏移電壓與漂移，進而在總體輸出上可以避免電壓漣波。圖1中所示為經過簡化的方塊圖。它是由具有自動修正回授（ACFB）的高dc增益路徑與高頻率前饋路徑並聯所組成的。輸入基帶信號最初會透過輸入斬波交換網路CHOP1予以調變。接著輸出斬波交換網路CHOP2會將輸入信號加以解調變，並且對跨導放大器Gm1的初始偏移與1/f雜訊予以調變為斬波頻率。在ACFB迴路中，初始偏移與1/f雜訊會由斬波網路CHOP3解調變至dc域，通過陷波濾波器之後送入Gm1的零值輸入終端。Gm1則繼續將初始偏移與1/f雜訊予以歸零。利用這種方法，ACFB迴路會選擇性的對不需要的偏移與1/f雜訊進行抑制，而不會擾亂所需要的輸入基帶信號。高頻率前饋路徑會將任何接近或是高於斬波頻率的高頻率輸入信號予以放大。它也會忽略因為ACFB迴路所導致的相位偏移。
圖1．放大器方塊圖
零漂移放大器與非零漂移放大器的電壓雜訊密度特性有何不同？
也被稱為閃爍雜訊的1/f雜訊原本就存在於半導體元件當中，而且會隨著頻率的降低而提高。因此，它在dc或是低頻率下會成為雜訊的主要來源。一個放大器的1/f轉角就是閃爍雜訊與廣頻雜訊相等時的頻率。圖2中所示為非零漂移放大器之電壓雜訊密度的範例，1/f角頻率為800 Hz。對於dc或是低頻率應用裝置而言，1/f雜訊是主要的雜訊成份，而且在被電路雜訊增益放大時可能會導致顯著的輸出電壓雜訊。另一方面，零漂移放大器會將電壓雜訊重新塑造，藉以消除1/f雜訊。由於1/f雜訊會以慢速變化的偏移呈現，因此可以透過斬波技巧有效的加以消除。這種修正會隨著雜訊頻率接近dc而變得更有效率，消除掉雜訊隨頻率降低而以指數方式增加的趨勢。因此零漂移放大器的0.1 Hz至10 Hz電壓雜訊往往會遠低於容易受到1/f雜訊所影響之標準低雜訊放大器。圖3所示為沒有1/f電壓雜訊的零漂移放大器之電壓雜訊密度。
圖2．非零漂移放大器：電壓雜訊密度vs.頻率 圖3．零漂移放大器：電壓雜訊密度vs.頻率
ADI提供哪些零漂移放大器？
下表中所列為最新發表的零漂移放大器。
表1．零漂移放大器
元件編號 VSY (V) VOS Max (µV) TCVOS Max (µV/C) GBP (MHz) ISY/Amp Max (mA) eN at 1 kHz (nV/√Hz) CMRR Min (db) PSRR Min (db) IB Max (pA) R-R In R-R Out
ADA4528�1 2.2至5.5 2.5 0.015 4 1.7 5.6 135 130 400 Yes Yes
AD8628 2.7至5 5 0.02 2 1 22 110 115 100 Yes Yes
AD8638 5至16 9 0.06 1.35 1.3 60 118 127 40 No Yes
AD8538 2.7至5.5 13 0.1 0.43 0.18 50 110 105 25 Yes Yes
ADA4051-1 1.8至5.5 15 0.1 0.115 0.018 95 105 110 50 Yes Yes
