OPA2182（品牌：德州仪器）：解决精密信号链设计中的关键难题

随着工业设备如可编程逻辑控制器、磅秤和自动测试设备对更高分辨率和更高速度信号链的需求不断增加，对于作为模数转换器（ADC）驱动器和电压基准缓冲器的精密放大器的要求也在提升。本文将探讨斩波放大器的特点及其在解决精密信号链设计难题中的应用，特别是德州仪器（TI）推出的OPA2182。如需OPA2182产品规格书、样片测试、采购、BOM配单等需求，请加客服微信：13310830171。

什么是斩波放大器？

斩波放大器是一种零漂移运算放大器，以其超低的失调电压著称。其内部拓扑结构使得无论配置如何，都能显著减小放大器的失调电压。这不仅降低了失调电压误差，还提高了共模抑制比（CMRR）、电源抑制比（PSRR）和开环电压增益（Aol）。此外，由于放大器将低频噪声感知为直流误差并尽量减少这些噪声，因此具有平坦的1/f或闪烁噪声特性。这种拓扑特别适合于要求高精度的应用，例如精密温度监测、惠斯通电桥测量和电压基准缓冲。

难题1：最大限度减小整个温度范围内的失调电压误差

在设计精密信号链时，一个主要挑战是如何最大限度地减小由ADC驱动器和基准缓冲器产生的失调电压误差。虽然校准可以在生产期间改善失调电压、CMRR、PSRR和Aol性能，但校准温漂非常困难且成本高昂，需要在生产过程中改变系统温度或增加校准环路，从而增大系统尺寸和物料清单计数。得益于斩波放大器固有的低温漂性能，使用这类放大器可以有效解决这一问题，不再需要校准温漂。

然而，下一代斩波放大器面临一个新的问题——塞贝克效应。这是热电偶效应的一部分，在自热放大器运行期间以及环境温度下自然产生。对于在信号路径中使用异种金属的器件，这种温度梯度会增加误差。德州仪器通过广泛的实验，确定了一种材料组合，能够在-40℃至+125℃的整个温度范围内使OPA2182仅产生最高12nV/°C的温漂，从而解决了这一难题。如下图对比了OPA2182与非斩波放大器OPA2140的温漂。两个图形显示了OPA2182和OPA2140之间的输入温漂差异。

难题2：缩短信号稳定时间

另一个挑战是在设计精密信号链时如何快速而准确地使信号在ADC输入端趋稳。特别是在信号链输入端使用多路复用器以节省布板空间和系统成本的情况下，趋稳尤其困难。当多路复用器切换通道时，ADC驱动器可能会看到阶跃输入，导致反向并联二极管正向偏置，从而引起电流从一个输入端流向另一个输入端，延迟了稳定响应。

为了缩短放大器的稳定时间，德州仪器为OPA2182增加了支持多路复用器（MUX）的输入。这种专利结构去掉了反向并联二极管，消除了错误电流流经信号源和多路复用器的情况，从而使放大器能够更快地建立阶跃输入。这不仅提高了系统的响应速度，还简化了设计过程。