利用零漂移运算放大器实现称重传感器增益放大电路
什么是零漂移放大器？
零漂移放大器可动态校正其失调电压并重整其噪声密度。自稳零型和斩波型是两种常用类型，可实现 nV 级失调电压和极低的失调电压时间/温度漂移。放大器的1/f 噪声也视为直流误差，也可一并消除。零漂移放大器为设计师提供了很多好处：首先，温漂和 1/f 噪声在系统中始终起着干扰作用，很难以其它方式消除，其次，相对于标准的放大器，零漂移放大器具有较高的开环增益、电源抑制比和共模抑制比，另外，在相同的配置下，其总输出误差低于采用标准精密放大器的输出误差。
零漂移放大器适合哪些应用？
零漂移放大器适用于预期设计寿命 10 年以上的系统，以及使用高闭环增益 (>100) 和低频 (<100 Hz)、低幅度信号的信号链。应用示例包括精密电子秤、医疗仪器、精密计量设备和红外/电桥/热电堆传感器接口。
何时用自稳零型放大器？何时用斩波型放大器？
斩波型放大器适合低功耗、低频应用(<100 Hz)，自稳零型放大器则更适合宽带应用。AD8628集自稳零和斩波两种技术于一体，堪称要求低噪声、无开关毛刺、宽带宽应用的理想之选。下表列出一些设计的利弊因素。
| 自稳零型 | 斩波稳定型 | 斩波稳定型+ 自稳零型 |
| 极低失调, TCVOS | 极低失调, TCVOS | 极低失调, TCVOS |
| 采样保持 | 调制/解调 | 采样保持, 调制/解调 |
| 混叠导致低频噪声较高 | 类似于平带噪声（无混叠） | 随频率分布的组合噪声 |
| 功耗较高 | 功耗较低 | 功耗较高 |
| 宽带宽 | 窄带宽 | 带宽最宽 |
| 纹波最小 | 纹波最大 | 纹波水平低于斩波型 |
| 在自稳零频率上的能量很小 | 在斩波频率上能量很大 | 在自稳零频率上的能量很小 |
下表列出了ADI 公司的一些代表性零漂移放大器
| 产品型号 | 电源电压 | 最小值时带宽 (MHz) | 压摆率 (V/μs) | Vos 最大值 (μV) | TCVOS 典型值 (μV/°C) | |||||
| 单路 | 双路 | 四路 | 最小值 | 最大值 | ||||||
| AD8628 | AD8629 | AD8630 | 2.7 | 5.5 | 2.5 | 1 | 5 | 0.002 | ||
| AD8538 | AD8539 | 2.7 | 5.5 | 0.43 | 0.4 | 13 | 0.03 | |||
| AD8638 | AD8639 | 4.5 | 16 | 1.35 | 2.5 | 9 | 0.01 | |||
| AD8551 | AD8552 | AD8554 | 2.7 | 5.5 | 1.5 | 0.4 | 5 | 0.005 | ||
| AD8571 | AD8572 | AD8574 | 2.7 | 5.5 | 1.5 | 0.4 | 5 | 0.005 | ||
| ADA4051-1 | ADA4051-2 | 1.8 | 5.5 | 0.115 | 0.04 | 15 | 0.02 | |||
下面来看一个应用电路
称重传感器输出信号很小，例如，当激励电压为5 V时，2 kg称重传感器的灵敏度为2 mV/V，满量程输出为10 mV，我们需要把这个电压放大几百倍然后给ADC采集，这时候就需要增益电路。现在很多ADC都集成了可编程增益放大器，里面就是下面这个电路，利用本电路可以非常灵活地设计定制电平信号调理前端，可以轻松优化传感器-放大器-转换器组合电路。
上图它使用一个低功耗缓冲式24位Σ-Δ型ADC AD7791和两个外部零漂移放大器ADA4528-1，前端使用超低噪声、低失调电压、低漂移放大器，以便放大来自称重传感器的电平信号。对于满量程输出为10 mV的称重传感器，该电路提供15.3位的无噪声码分辨率。
来自称重传感器的电平幅度信号由两个零漂移放大器ADA4528-1放大。顾名思义，零漂移放大器的失调电压漂移接近为0。放大器连续自行校正任何直流误差，尽可能保持精确。除了低失调电压和漂移外，零漂移放大器也没有1/f噪声，这一重要特性有助于电子秤在直流或低频时进行精确测量。
增益等于1 + 2R1/RG。容C1和电C2置于运算放大器的反馈环路中，与R1和R2一起形成4.3 Hz截止频率的低通滤波器，用于限制进入Σ-Δ型ADC的噪声量。C5与R3和R4一起形成一个截止频率为8 Hz的差分滤波器，用以进一步限制噪声。C3和C4与R3和R4一起形成截止频率为159 Hz的共模滤波器。
