零漂移運算放大器使用斬波、自穩零或此兩種技術的結合來消除不需要的低頻誤差源。由於這些技術在較高頻率時會產生偽像，傳統上，此類放大器僅用於低頻寬應用中。不過，只要系統設計時考慮了高頻誤差，較寬頻寬的解決方案也可以受益於零漂移運算放大器的卓越直流性能。
系統級考慮因素
(承前文)在資料擷取解決方案中使用零漂移放大器時，務必瞭解頻率偽像的位置並作出相應的規劃。
在產品手冊中查找斬波頻率
產品手冊通常會明確說明斬波頻率，但透過查看雜訊頻譜圖也可以確定斬波頻率。ADI最新幾款零漂移放大器的產品手冊顯示了偽像在頻譜中發生的位置。
ADA4528產品手冊不僅在應用資訊部分明確說明了200kHz的斬波頻率，同時這也可以在圖8所示雜訊密度曲線中清楚地看出。
圖8 ADA4528的雜訊密度曲線
在ADA4522產品手冊的工作原理部分中，斬波頻率為4.8MHz，失調和漣波校正迴路工作在800kHz。圖9顯示了ADA4522的雜訊密度，其中可以看到這些雜訊峰值。在單位增益時，由於迴路的相位餘裕較低，在6MHz處也有一個雜訊突起，這不是零漂移放大器所獨有的。
圖9 ADA4522的雜訊密度曲線
務必記住，產品手冊中描述的頻率是一個典型數值，可能因元件而異。因此，如果系統需要兩個斬波放大器進行差分訊號調理，請使用雙通道放大器，因為兩個單通道放大器在斬波頻率方面可能略有不同，因而可能相互作用並引起額外的IMD。
匹配輸入源阻抗
與輸入源阻抗相互作用的瞬態電流突剌可能會導致差分電壓誤差，進而可能在斬波頻率的倍數處產生額外的偽像。圖10顯示了ADA4522在源電阻不匹配情況下的雜訊密度曲線(底部)。為了解決這一潛在的誤差源，系統設計人員應確保斬波放大器的每個輸入看到的阻抗相同(頂部)。
圖10 ADA4522中的雜訊：輸入源電阻匹配(頂部)和不匹配(底部)
IMD和混疊偽像
使用斬波放大器時，輸入訊號可能與斬波頻率fCHOP混頻，進而在fIN ± fCHOP、fIN ± 2fCHOP、2fIN ± fCHOP處產生IMD。這些IMD產物可能出現在目標頻段中，尤其是當fIN接近斬波頻率時。為了消除此問題，請選擇斬波頻率遠大於輸入訊號頻寬的零漂移放大器，並確保在此放大器級之前濾除頻率接近fCHOP的干擾訊號。
使用ADC對放大器輸出進行採樣時，斬波偽像也可能發生混疊。圖11顯示了ADC採樣時突剌頻率混疊產生的IMD產物示例。這些IMD產物依賴於突剌和漣波幅度，並且可能因元件而異。設計訊號鏈時，有必要在ADC之前使用抗混疊濾波器以減少此IMD。
圖11 IMD的一個示例，其中ADC對突剌採樣，並在fSAMPLE–2fCHOP處引起混疊
斬波偽像濾波
在系統層次上，處理這些高頻偽像的最有效辦法是濾波。零漂移放大器和ADC之間的LPF減少了斬波偽像，並避免了混疊。因此，具有更高斬波頻率的放大器可放寬對LPF的要求，並支援更寬的訊號頻寬。
圖12 濾除偽像的放大器配置
例如，圖13顯示了ADA4522使用圖12所示不同技術來減輕斬波偽像的效果：提高閉迴路增益，後置濾波，以及並聯使用電容和回饋電阻[8]。
圖13 ADA4522 NSD，使用頂部顯示的一階濾波器方法：(左)提高增益會降低放大器頻寬，濾波器濾除雜訊尖峰；(右)使用RC濾波器
根據系統對頻段抑制的需求，可能需要一個更高階主動濾波器。ADI有許多資源可協助設計濾波器，包括多重回饋濾波器教程和線上濾波器設計工具。
瞭解斬波偽像發生的頻率可以協助創建所需的濾波器。表1列出了零漂移放大器引起的交流偽像的位置。
表1 交流斬波偽像位置
透過瞭解零漂移放大器中的高頻偽像，系統設計人員將可以更有信心地將零漂移放大器用於更寬頻寬的應用。系統設計考量因素包括：
・零漂移放大器輸入端的源輸入阻抗應匹配
・使用雙通道放大器進行差分訊號處理
・在產品手冊雜訊頻譜中找到偽像的頻率
・設計濾波器以降低動態降失調技術所引起的高頻偽像影響
・瞭解頻域中的高頻偽像並作出合理規劃
(本文作者為ADI設計工程師)
參考資料
[8] Yoshinori Kusuda和Vicky Wong。「零漂移放大器：現可輕鬆用於高精度電路中」。類比對話，第49卷，2015年7月。
ADA4523數據手冊。ADI，2020年4月。
AD7768-1數據手冊。ADI，2019年5月。
Kusuda, Yoshinori。「斬波運算放大器中輸入電流雜訊和偶次諧波折疊效應的分析」。 類比對話，第53卷，2019年5月
降低交流偽像影響 零漂移放大器消除低頻誤差有道(1)
降低交流偽像影響 零漂移放大器消除低頻誤差有道(2)