摘要
本文介紹了對一種斬波運算放大器輸入電流噪聲的理論分析和測量，該放大器具有 10 pF輸入電容、5.6 nV/√Hz電壓噪聲PSD和4 MHz單位增益帶寬。當配置的閉環(huán)增益更高時，輸入電流噪聲以輸入斬波器處動態(tài)電導(dǎo)的熱噪聲為主。此外，理論分析確定了輸入電流噪聲的另一個來源—由輸入斬波器處動態(tài)電導(dǎo)采樣的放大器電壓噪聲所引起。而且，在采樣時，寬帶電壓噪聲譜密度會折回到低頻，使得相應(yīng)的電流噪聲譜密度實際上隨著閉環(huán)帶寬的加寬而增加，因而配置的閉環(huán)增益越小，電流噪聲譜密度越大。當閉環(huán)增益為10時，測得的電流噪聲為0.28pA/√Hz，但在單位增益配置時，電流噪聲增加到 0.77 pA/√Hz。

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I.引言

斬波技術(shù)周期性地校正放大器的失調(diào)電壓，故能實現(xiàn)微伏級失調(diào) 電壓和非常小的1/f噪聲（其轉(zhuǎn)折頻率低于亞赫茲）。因此，許多斬波運算放大器和儀表放大器主要用于檢測源阻抗和信號頻率相對較低的小輸入電壓。其重要應(yīng)用之一是放大反映光、溫度、磁場、力的毫伏級傳感器信號，此類信號的頻率大多低于千赫茲2 然而，相比于沒有斬波的傳統(tǒng)CMOS放大器，輸入斬波器的開關(guān)會引入高得多的輸入偏置電流和輸入電流噪聲。當放大器的輸入由高源阻抗驅(qū)動時，這種輸入電流噪聲會被轉(zhuǎn)換為電壓噪聲，其在放大器整體噪聲中可能占據(jù)主導(dǎo)地位。

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文章“?斬波放大器中輸入電流噪聲的測量和分析”解釋了輸入電 流噪聲的各種可能來源，并且將與輸入 MOS開關(guān)的電荷注入相關(guān) 的散粒噪聲確定為主要噪聲源。然而，文章“帶開關(guān)輸入的放大器中的額外電流噪聲”將輸入斬波器處的動態(tài)電導(dǎo)的熱噪聲確定為主要噪聲源。在所有先前的測量中，放大器的輸出電壓噪聲通過放大器輸出到輸入的反饋衰減與輸入斬波器隔離。

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雖然斬波運算放大器傳統(tǒng)上用于高閉環(huán)增益配置，但低閉環(huán)增益 和/或高源阻抗配置也需要其低失調(diào)電壓和低1/f噪聲特性。因此，了解其在這些配置中的電流噪聲行為十分重要。這篇文章簡單介 紹了高和低兩種閉環(huán)增益配置下斬波運算放大器的輸入電流噪聲分析和測量，參見“采用自適應(yīng)時鐘增強技術(shù)的5.6 nV/√Hz斬波運算放大器在軌到軌輸入范圍內(nèi)實現(xiàn)最大0.5μV失調(diào)”。它確定了輸入電流噪聲的另一個來源，即由輸入斬波器的動態(tài)電導(dǎo)采樣的運 算放大器寬帶電壓噪聲所引起。此外，在采樣時，來自斬波的偶次諧波頻率的電壓噪聲功率譜密度(PSD)會折回到低頻，導(dǎo)致相應(yīng)的電流噪聲PSD增加。因此，當閉環(huán)增益較低時，此噪聲源在總輸入電流噪聲中可能占主導(dǎo)地位，使得運算放大器的輸出電壓噪聲以較小的衰減到達輸入斬波器