מגברי תפעול יוצרים את עמוד השדרה של אינספור רשתות אותות אנלוגיות, אבל הביצועים שלהם לעתים קרובות מוגבל על ידי מתח מכווץ וסחף.שינויים טמפרטורה, הזדקנות, הלחץ על סיליקון למות גורם למתח ההתחלתי לשוטט, ירידה דיוק המדידה במעגלים מדויקים. Zero-drift מערכת בקרה קריטית עבור צמצום זה באמצעות שימוש אינטליגנטי של משוב.

להבין את Zero-Drift Amplifiers

מתח הקלט של מגבר קונבנציונלי - מתח DC שיש ליישם בין הקלטים כדי לכפות את הפלט לאפס - שינויים עם טמפרטורה, מתח אספקה, וזמן. זה סחף מלמטה הוא מקור השגיאה הדומיננטית במעגלים DC מדויקים. Zero-drift מגבר נועדו לחסל את הסחף הזה, ביעילות מחזיק את ההתחלה הקבועה על פני טווח הטמפרטורה התפעולית המלא לאורך כל החיים.

האתגר המרכזי הוא פיזיקה בסיסית: טרנזיסטורים דו קוטביים יש מתח מבוסס טמפרטורה, ומכשירי MOS מציגים משמרות סף מתח עקב פגיעת מטען ואפקטים קרניים חמים.התאמה בין שני טרנזיסטורים שונים יכולה להיות מצוינת על מוות יחיד, אבל אותות תרמיים ומתח מכני מאריזות מציגות פגמים.

שתי משפחות עיקריות של מגבר אפס-דריק קיימות, הן מסתמכות על משוב: (FLT:0auto-zero amplifiersFLT:1 ו-FLT:2chopper-bilized amplifiersFLT 3:0) מכשירים מודרניים רבים משלבים אלמנטים של שניהם כדי להשיג את ההתפרצות הנמוכה ביותר ורעש.

יסודות של Feedback ב Amplifiers

משוב הוא תהליך החזרת חלק מהתתתת הפלט לקליטת המגברים המדויקים ביותר, (FLT:0negative משובFLT:1) מועסק לסחור ברווח פתוח ליציבות, לינאריות, ורווח חד פעמי סגור.

(ב) ויקרא י"א): "ה' (ב') ויקרא י' (ב' יט): "ו' (ב') ויקרא י':5"ב)

(ב) כאשר βAveFLT (ה) הוא רווח פתוח ו-β הוא גורם משוב.כאשר βAveFLT:2OLigFLT 3:2OLearFLT 3 גדול, רווח הסגור הופך להיות בערך 1/β והוא כמעט עצמאי של וריאציות ב ALT:4OLFalph:5 זה desensitization הוא המפתח לעשיית מהפך מדויק ואופטימי, למרות שינויים סביבתיים.

שלילי לעומת משככי כאבים חיוביים

Negative feedback reduces gain but improves linearity, bandwidth (when properly compensated), and noise immunity. Positive feedback increases gain but can lead to instability and oscillation; it is intentionally used in comparators with hysteresis and in oscillators. For zero-drift amplifiers, only negative feedback is used in the main signal path. However, the internal correction loops may use a form of positive feedback during switching transitions in chopper architectures, though this is carefully managed.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

המוצר βAveFLT:0 (OLFLT) 1 (הנקרא לולאה רווח), קובע כמה פגמים של המגבר מדוכאים.רווח לולאה גבוהה פירושו ששגיאות בקלט (כגון מתח מלמטה) מופחתות על ידי הגורם (1 + βAFLT:2OLFLT 3), ליתר דיוק טיפוסי, מגבר פתוח יכול להיות מ 120 מעלות, אך ורק עם תוספת של טיפול בטמפרטורה גבוהה יותר, ניתן לטבולית, עם תוספת של 0vt.

טכניקות ל- Zero-Drift Performance

מגבר אפס-דריק ליישם משוב תיקון שפועל כל הזמן או לסירוגין.שתי הגישות הדומיננטיות הן אפס אוטומטי וייצוב חיתוך.שניהם מסתמכים על העיקרון שאם אתה יכול למדוד במדויק את ההתחלה, אתה יכול להכפיש אותו מהאות עם מתח תיקון משוב.

אדריכלות אוטומטית

במגפת אפס אוטומטי, מגבר משני (מחדש) משמש למדידת ההתחלה של המגבר הראשי במהלך שלב קיטוב ייעודי. מחזור אפס אוטומטי טיפוסי פועל כדלקמן:

  1. (ב) [ה]: [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]]], ה[[המאה ה'], ה[[המאה ה-20]], הוא ה[[המאה ה-20]], ו[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]
  2. (ב) שלב ההגדלה:0 (Amplification שלב: FLT:1) המגבר העיקרי מתחבר מחדש לאות, ומתח התיקון המאוחסן מוחל על ביטול ההתחלה.בינתיים, המגבר האפס יכול לשמש גם כדי להגביר את האות או לתקן את ההתפרצות שלו בצורה מזוננת.

זוהי צורה של ההרחבה:0 sampled-data משובFLT:1 מתח התיקון מוחזק אנלוגי על הציפוי בין עדכונים, ביעילות יצירת מסנן לא מלוטש נמוך מאוד המסלק DC וסחף.הקצב אפס אוטומטי הוא בדרך כלל כמה מאות שלה לעשרות קילוהרץ; גבוה יותר להפחית את הזמן כי המגבר אינו זמין עבור מעבדים מודרניים / אפסים מתחת ל- 0 מעלות צלזיוס.

ל- Auto-zeroing יש משיכה: פעולת המעבר מיטלקת את הנתיב האות, מה שגורם רעש רחב פס.הכובע חייב להיות גדול מספיק כדי להחזיק את מתח התיקון ללא נפיחות עקב דליפה, אשר מגביל כמה מהר המגבר יכול מחזור.עם זאת, משוב אפס אוטומטי משמש נרחב במדידת דיוק נמוך, כגון thermocole מגבר ומממשקי תאים.

תגית: Chopper Stabilization

ייצוב צ'ופר לוקח גישה שונה.במקום להתנתק מעת לעת את האות, המגבר משנה את אות הקלט DC לתדירות גבוהה יותר באמצעות מתג חיתוך (בדרך כלל גל מרובע) האות המנוצב הוא מגבר, ואז מדגימים בחזרה לפס הבסיס.המתח ההתחלתי של המגבר הראשי מופיע כשגיאה DC כי הוא מוחלף לתדירות חיתוך, בעוד התדירות נמוכה מקודמת DC.

במגפת חתלתול, ה-FLT:0 הלולאה משוב רואה את האות הקצוץ כמרכיב גבוה של קידוד 1. [ההההתחלה של המגבר עצמו הופכת למעשה לשגיאה AC שניתן לסנן אותה.טכניקה זו אינה דורשת מגבר נפרד או שלב דגימה; היא פועלת באופן רציף עם צ'ו מגבר נמוך יותר מרעשי ה- DC/ אפילו מרעש נמוך יותר) מכיוון שפחות מרעשי-D.

ייצוב צ'ופר גם משתמש משוב: הפלט הוא מדגום עם השעון חיתוך, ונתיב משוב מתאים את מתח התיקון כדי לבטל את ההתחלה.הלאה משוב במגבר מצמצם חייב להיות מספיק רוחב פס כדי להתמודד עם תדירות חיתוך (בדרך כלל 10 k עד 1 מהרץ) תוך שמירה על יציבות.

טכניקות משולבות של Auto-Zero ו- Chopper

רבים מתקדמים אפס-דריקנים משתמשים בהגברה היברידית הנקראת <חזק>chopper-stabilized Auto-zero-drift> או "אפס-דפט" (אפס-דריק) הם משתמשים בלולאה אפס אוטומטי כדי לבטל את ה- DC של המגבר הראשי ואת לולאה חיתוך כדי לחסל את ה- offstual Offset ו 1 / F רעש מ-Aquaing ampl.

לדוגמה, ה- 0(Analog מכשירים ADA4528FLT) 1 משתמש ב-"auto-zero בתוספת חיתוך" טופולוגיה הניב 0.5 מיקרוV טיפוסי מ- 0.01 מיקרוV / ° C סחף. הלולאות המשוב נועדו כך שזמן הסידור לאחר עומס הוא קצר מאוד, מה שהופך את המגברים המתאימים ליישומים גבוהים יותר מאשר עיצובים טהורים.

יתרונות של עיצוב Feedback-Driven Zero-Drift

השימוש במגבר אפס-דריק מספק כמה יתרונות שניתן לכמתם המשפיעים ישירות על דיוק המערכת:

  • (FLT:0) סחף נמוך באופן קיצוני: ההרחבה של ®EpLT:1 (תיקון הזנת: הזנת:0) מפחית את יעילות הטמפרטורה של מפולת מעשרות מיקרוV / C (TYpical for General-Pro-amps) לעשרות nV / ° C.זה אומר שמערכת תשמור על החריצות שלה בטווח טמפרטורה רחב ללא שיבוש.
  • (FLT:0) סחף ארוך טווח: ⁇ FLT:1 , השפעות ההזדקנות ב transistors קלט הם ללא הרף על ידי לולאות משוב, להבטיח המגבר אינו סחף לאורך שנים של פעולה.זה קריטי בשתלים רפואיים ומערכות אווירו חלל.
  • (FLT:0) ובאופן טבעי אפס 1 / F רעש: ⁇ 1:1) צ'ופינג משמר את הפינה הרעש 1 / f ליד DC, מה שהופך את צפיפות הרעש של המגבר שטוח בתדרים נמוכים מאוד.
  • (FLT:0) שיפור לינאריות ו-PSRR:03F:03:1) רווח הלולאה הגבוה המסופק על ידי לולאות משוב מדכא שגיאות לא לינאריות וטעויות מושרה כוח. יחס של דחייה זמנית (PSRR) מעל 130 dB הם נפוצים.
  • (FLT:0Wide דינמי טווח: 1FLT) 1 עם שגיאות מרשימות מופחתות לרמה ננו וולט, המגבר יכול לפתור אותות קטנים מאוד ללא ירידה דיוק עקב סחף.זה מאפשר 24bit דלה-sigma ADC ומדפי דיוק שוקלים.

שיקולים עיצוביים מעשיים

בעוד התיאוריה של משוב אפס-דריק היא אלגנטית, יישום זה במעגל אמיתי דורש תשומת לב למספר גורמים עדינים.

יציבות וסגיעה

האפס האוטומטי או הלולאה חיתוך מוסיף קטבים נוספים ואפס לתפקוד ההעברה של המגבר.במגבר אפס אוטומטי, הפלט של המגבר חייב להתיישב בתוך שלב הדגימה; אחרת, מתח התיקון יהיה לא מדויק, ואת ה offset לא יהיה לגמרי אפס מנקה.זה דורש פיצוי זהיר של המוצץ עצמו.

רעש וBandwidth Trade-offs

רעש מעבר הוא תוצר לוואי של טכניקות אפס-דטריפט. Auto-zeroing לייצר ספייק מתח בשוליים ההחלפה עקב הזרקת המטען מהמתגים. צ'ופינג יוצר מתח קרוע בתדר חיתוך והטעוניקה שלו.מעצבים חייבים להחליט אם פריטים אלה יכולים להיות נסבלים בדרך האות או אם מסנן נוסף הוא הכרחי.

בנדווידנט הוא גם מוגבל.אוטומט אפס מגבר בדרך כלל להציג מוצר בעל טווח רווח של כמה MHz, כי המחמירים מגבילים ביצועים גבוהים של צ'ופר-המגברים עלולים להשיג מעט רוחב פס גבוה יותר (10–20 מ) אך עדיין נופלים קצר של דגימה במהירות גבוהה תכליתית.

בחירה אישית

משוב התנגדות סביב a Zero-drift מגבר חייב להיות נבחר עם טיפול.זמן קבוע של רשת משוב אינטראקציה עם הקבלה של המגבר עשוי לגרום oscillation, במיוחד ברווחים גבוהים. נמוך ערכים התנגדות (למשל, 1 k ⁇ ל 10 k ⁇ ) מועדים למזער רעש, אבל הם מגבירים את הפחתת כוח נוסף, בנוסף להפסדים נמוכים (למשל, עם סוגים של קרמיקה) עם קרמיקה (החזקים) עם קרמיקה (הטובים) עם קרמיקה) עם קרמיקה (החזקים ביותר) עם קרמיקה (החזקים ביותר) עם סוגים נמוכים ביותר) עם קרמיקה (כמו כן, לעומת קרמיקה (כמו כן, לעומת קרמיקה) עם קרמיקה) עם קרמיקה (החזקים ביותר) עם קרמיקה) עם קרמיקה (מתאים טובים יותר) עם קרמיקה (כמו כן, 1 k ⁇ ) הם מעדיפים להפחית את הפחתת עמידות גבוהה יותר) עם קרמיקה (מתאים ביותר) עם קרמיקה (כמו כן, 1 k ⁇ נמוך יותר) עם קרמיקה (כמו כן, לעומת סוגים נמוכים יותר) עם קרמיקה) הם מעדיפים ל 10 k ⁇ נמוך יותר) הם מעדיפים ל 10 k ⁇ ) הם מעדיפים ל 10 k ⁇ נמוך

תגיות: Requiring Zero-Drift Amplifiers

השילוב של סחף אולטרה סגול, רעש נמוך ודיוק גבוה גורם למגברים אלה חיוני בתחומים רבים:

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ (התחילה:0) ⁇ (ב) כפליים, התייחסות למתח מדויק, ו-LCR מונים מסתמכים על אפס-דריקנים לדיוק ה- DC שלהם.לדוגמה, ה-FLT:2Keysight 3458Aph 3, משתמש שלב קלט מקוצר ל-8.5-דיגיטלי.
  • (FLT:0Medical אלקטרוניקה:FLT:1 EEG, EEG, הדופק oximetry דורש מגבר שאינו סחף עם טמפרטורת הגוף או לאורך תקופות ניטור ארוכות.The AD8232, קצה חזית ECG חד-צדדי, משלב מגבר אפס-דפל כדי לשמור על יציבות בסיס.
  • (ב) ⁇ :0) משקל וכוח מדידה: אותות תא המטען 1 (ample mV בקנה מידה מלא) ויש להיות מוגדל ללא שגיאות התחלה. Zero-drift amplifiers מאפשר קשקשים של משקל ברזולוציה גבוהה עם דיוק של 20 סיביות.
  • (FLT:0) ממשקי ה- RTD:03FLT ( 1) שינויים בטמפרטורה של 0.1 מעלות צלזיוס מייצרים רק שינויים ברמת מיקרו-וולט; כל מטאטא מגבר יהיה בלתי ניתן להבחין בין אות. Zero-drift amplifier מגבר הם הבחירה הסטנדרטית עבור התות תרמוקופיל.
  • (FLT:0)Space ו- avionics:FLT:1 קרינת קרינה-Harded Zero-drift מגברי חשמל משמשים בניהול חשמל לווייני ו-Switch קוראouts.

מסקנה

ביצועים משופרים של Zero-drift אינם עניין של טרנזיטור מושלם התאמה או עיצוב חכם לבד - זה מופעל באופן בסיסי על ידי משוב. Auto-zeroing וייצוב חיתוך הם טכניקות משוב המדידה וביטול שגיאות בזמן אמת, השגת רמות של סחף ורעש כי היה חסום הכרחי על ידי משוב ייחודי על ידי אפס עיצובים חדשים לפני כמה עשורים.