CN108336973A - 一种用于运算放大器的零漂补偿电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于运算放大器的零漂补偿电路，属于电子信息技术领域，适用于集成电路中利用运算放大器进行信息的精密采集与处理及长期测量。该补偿电路主要由5个运算放大器和若干电阻、电容及模拟开关组成。本发明的优点是通过合理控制电路中模拟开关的通断顺序与通断时间，以及选择合理的电路参数，使得零漂信号产生部分能通过上下两路循环进行，进而保证工作电路的连续作业，最后经过一个运算放大器构成的减法电路很好的补偿掉由目标运算放大器带来的零漂，进而提高工作电路的信号采集精度。

Description

一种用于运算放大器的零漂补偿电路

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，适用于集成电路中利用运算放大器进行信息的精密采集与处理及长期测量。

背景技术

目前与输入端直接耦合、高增益的运算放大器(以下简称运算放大器)在模拟集成电路中应用广泛，它是用于各种信号处理的常用元器件。因此，运算放大器的一些参数在实际电路使用时会受到格外的关注。当运算放大器电路使用在精密测量环节或是需要长期使用运算放大器电路时，运算放大器的零点漂移—输入信号为零，输出不是零—就是实际使用中需要关注的一个重要问题。对于含有运算放大器电路的精密测量环节来说，零漂的存在会使所得数据偏差较大，甚至无法得到一些待测小信号，降低数据可信度，给后续数据的处理带来困难；对于含有运算放大器电路且需要长期使用的情况来说，零漂会随时间累积，进而会带来同精密测量环节相类似的问题。

正是由于含有运算放大器的电路在实际使用中存在零漂问题，所以去除或降低运算放大器在实际使用电路中存在的零点漂移对于利用运算放大器进行精密测量以及长期测量的集成电路来说意义重大。

发明内容

本发明需要解决的是运算放大器在实际集成电路中存在的零漂问题，发明设计了一个硬件电路，用于补偿运算放大器在实际使用中的零漂。

本发明的技术方案：

一种用于运算放大器的零漂补偿电路，主要由5个运算放大器(A1、A2、A3、A4、A5)、若干电阻、若干电容及若干模拟开关组成，根据功能又分为信号输入部分和零漂信号产生部分，最后经过运算放大器A5二者构成一个减法电路，补偿掉零漂信号；

信号输入部分：运算放大器A1的负输入端接电阻R1，电阻R1接地，运算放大器A1的正输入端同开关S0相连，开关S0左侧接入输入信号Uin，运算放大器A1的输出端接电阻R4，电阻R4另一端接入运算放大器A5的正输入端，运算放大器A5的输出端与正输入端间接反馈电阻R7；

零漂信号产生部分：运算放大器A2与运算放大器A1相同，其负输入端接电阻R0，电阻R0接地，运算放大器A2的正输入端与地相连，运算放大器A2的输出端分为上下两路，上路经开关S2同电阻R2相连，再经开关S2'一路接电容C1接地，另一路接运算放大器A3的正输入端，电容C1两侧接一个开关S5，运算放大器A3的负输入端与输出端相连，构成一电压跟随器；运算放大器A2输出端的下路经开关S1同电阻R3相连，再经开关S1'一路接电容C2接地，另一路接运算放大器A4的正输入端，电容C1两侧接一个开关S3，运算放大器A4的负输入端与输出端相连，构成另一电压跟随器；运算放大器A3与运算放大器A4的输出端分别经开关S6、S4于a点汇合，再与电阻R5相接，电阻R5一路接电阻R6接地，另一路连入运算放大器A5负输入端；运算放大器A5的输出信号为Uout。

其中，R0＝R1＝R，R2＝R3＝R'，R4＝R5＝R”，R6＝R7＝Rf，C1＝C2＝C，且运算放大器A1和运算放大器A2相同，运算放大器A3和运算放大器A4相同。

所述的S2和S2'为联动开关。

所述的S1和S1'为联动开关。

本发明的有益效果：零漂信号产生部分通过上下两路循环工作能连续进行，可以保证工作电路的连续作业，同时经过运算放大器A5构成的减法电路能很好的补偿掉由运算放大器A1带来的零漂，进而提高工作电路的信号采集精度。

附图说明

图1为本发明零漂补偿电路原理图。

图2为本发明中联动开关操作关系图。

图中：A1、A2、A3、A4、A5为运算放大器，其中A1和A2相同，A3和A4相同；R0＝R1＝R，R2＝R3＝R'，R4＝R5＝R”，R6＝R7＝Rf；C1＝C2＝C；S0、S1、S2、S1'、S2'、S3、S4、S5、S6为模拟开关，其中，S1和S1'是联动开关，S2和S2'是联动开关。

图2所示为S1和S1'联动开关以及S2和S2'联动开关之间的操作关系图，t代表二者开启与闭合之间存在一个“死区时间”。

具体实施方式

结合技术方案和附图详细说明本发明的实施方式。本发明一种用于运算放大器的零漂补偿电路的具体实施过程如下(初始状态下所有开关均处于断开状态)：

(1)开关S3、S5闭合，释放掉电容C2和C1中的残存电荷，断开开关S3，同时，闭合开关S1、S1'，一段时间后，断开开关S1、S1'、S5，并闭合开关S4、S0、S2，开始采集信号，由于之前的零漂电荷已存储在电容C2中，再经过运算放大器A4组成的电压跟随器输出一个与零漂信号极性相同的漂移电压信号，该漂移电压信号与采集到的目标电压经过与运算放大器A5组成一个减法电路，从而抵消掉了运算放大器A1的漂移电压，且由于开关S2已经闭合，A2的漂移电荷会继续存储在电容C1中；

(2)当电容C2中的电荷释放至原来的0.707倍时，断开开关S2、S2'和S4，闭合开关S6，信号电压继续采集，闭合开关S3一段时间，释放掉电容C2中的剩余电荷，然后断开开关S3，闭合开关S1、S1'，再转由电容C2来储存运算放大器A2的漂移电荷量，等到电容C1中的电荷量释放至原来的0.707倍时，再通过开关控制，换由电容C1来储存运算放大器A2的漂移电荷量，一直循环下去，起到补偿运算放大器漂移电压的目的。

(3)运算放大器A2的漂移电荷量的最终输出形式是电压U1，如图1中所示，漂移电压U1与经运算放大器A1的输入电压U2，在运算放大器A5的正负输入端形成了一个减法运算电路，运算放大器A5的输出端电压：

由该式可知，由漂移引起的电压信号已被补偿，运算放大器A5的输出端只剩处理过的目标电压信号。

具体实施过程中还需要说明的是，为避免储存零漂电荷的两路电路相互干扰，S1和S1'联动开关以及S2和S2'联动开关在开启与闭合时存在一个“死区时间”，同时，为了提高补偿电路的精度，应尽可能使保持电路的时长较长，即R3×C2的值较大，且需保证当一路漂移电荷量释放至原来的0.707倍时，另一路的零漂电荷量已采集完毕，这样才能保证该补偿电路能连续运行。

Claims (5)

1.一种用于运算放大器的零漂补偿电路，其特征在于，所述的用于运算放大器的零漂补偿电路主要由5个运算放大器、若干电阻、若干电容及若干模拟开关组成，根据功能又分为信号输入部分和零漂信号产生部分，最后经过运算放大器A5二者构成一个减法电路，补偿掉零漂信号；

信号输入部分：运算放大器(A1)的负输入端接电阻(R1)，电阻(R1)接地，运算放大器(A1)的正输入端同开关(S0)相连，开关(S0)左侧接入输入信号Uin，运算放大器(A1)的输出端接电阻(R4)，电阻(R4)另一端接入运算放大器(A5)的正输入端，运算放大器(A5)的输出端与正输入端间接反馈电阻(R7)；

零漂信号产生部分：运算放大器(A2)与运算放大器(A1)相同，其负输入端接电阻(R0)，电阻(R0)接地，运算放大器(A2)的正输入端与地相连，运算放大器(A2)的输出端分为上下两路，上路经开关(S2)同电阻(R2)相连，再经开关(S2')一路接电容(C1)接地，另一路接运算放大器(A3)的正输入端，电容(C1)两侧接一个开关(S5)，运算放大器(A3)的负输入端与输出端相连，构成一电压跟随器；运算放大器(A2)输出端的下路经开关(S1)同电阻(R3)相连，再经开关(S1')一路接电容(C2)接地，另一路接运算放大器(A4)的正输入端，电容(C1)两侧接一个开关(S3)，运算放大器(A4)的负输入端与输出端相连，构成另一电压跟随器；运算放大器(A3)与运算放大器(A4)的输出端分别经开关(S6)、(S4)于a点汇合，再与电阻(R5)相接，电阻(R5)一路接电阻(R6)接地，另一路连入运算放大器(A5)负输入端；运算放大器(A5)的输出信号为Uout。

2.根据权利要求1所述的用于运算放大器的零漂补偿电路，其特征在于，(R0)＝(R1)＝R，(R2)＝(R3)＝R'，(R4)＝(R5)＝R”，(R6)＝(R7)＝Rf，(C1)＝(C2)＝C，且运算放大器(A1)和运算放大器(A2)相同，运算放大器(A3)和运算放大器(A4)相同。

3.根据权利要求1或2所述的用于运算放大器的零漂补偿电路，其特征在于，所述的开关(S2)和开关(S2')为联动开关。

4.根据权利要求1或2所述的用于运算放大器的零漂补偿电路，其特征在于，所述的开关(S1)和开关(S1')为联动开关。

5.根据权利要求3所述的用于运算放大器的零漂补偿电路，其特征在于，所述的开关(S1)和开关(S1')为联动开关。