運放是信號調理的關鍵部件，能夠實現放大、緩衝、驅動、電平移位、有源濾波、I-V轉換、V-I轉換以及各類數學運算功能（加、減、積分、微分、乘除法等）。在不一樣的應用中，對功能的不一樣要求已經催生出許多不一樣類別的專用放大器，從而實現更高的性能，並簡化了設計流程。這些高性能器件包括儀表放大器、電流檢測放大器、差分放大器和可編程增益放大器。編程
對於精密放大器，多年來穩定前行並在2012年迅猛發展的兩大關鍵趨勢是：零漂移特性和更寬的電源電壓及輸入電壓範圍，本文將重點解析這兩個重要技術特性及其相關的產品和應用。函數
零漂移放大器性能
在許多工業儀表和醫療應用中，傳感器產生的輸出電壓一般很低，須要經過具備高增益和精密直流性能的信號調理電路進行調理。然而，運算放大器的失調電壓、漂移和1/f噪聲會引入偏差，從而影響直流或低頻、低電平電壓的測量。所以，必須最大程度地下降運放的失調電壓和漂移，消除1/f噪聲，以實現最佳的信號調理。測試
零漂移放大器很好地實現了這些要求，能動態地校訂失調電壓使得失調電壓大大下降，並重整噪聲密度使1/f噪聲消失。零漂移放大器最初用於預期設計壽命10年以上的系統，以及使用高閉環增益（》100）和低頻（《100 Hz）、低幅度信號的信號鏈，適用於包括精密電子秤、醫療儀器、精密計量設備和紅外/電橋/熱電堆傳感器接口的應用。另外，與標準放大器相比，零漂移放大器具備將近零的失調電壓和更高的開環增益，較高的電源抑制比和共模抑制比。優化
幾種經典零漂移放大器spa
零漂移放大器一般採用兩種技術——自穩零或斬波，這兩種技術各有其優缺點，適合不一樣應用。自穩零採用採樣保持技術，因爲噪聲折回基帶，其帶內電壓噪聲較大；斬波使用信號調製和解調技術，具備更低的基帶噪聲，但在斬波頻率及諧波處產生噪聲頻譜。ADI公司推出的ADA4528-1採用斬波+自動校訂反饋環路的技術，將斬波頻率及諧波處的噪聲頻譜大大下降。ADA4528-1是迄今業界最低噪聲、最低失調漂移的精密零漂移運算放大器，具備軌到軌輸入輸出擺幅能力。ADA4528-1提供最大2.5µV的低失調電壓以及最大0.015µV/?C的業界最低失調電壓漂移，開環增益爲140dB，共模抑制比爲135 dB，電源抑制比爲130 dB。ADA4528-1適合供電電壓範圍在2.2V至5V的儀器儀表和醫療應用，如熱電偶/熱電堆、稱重傳感器和橋式傳感器、精密儀器、電子秤、醫療儀器及手持式測試設備等。設計
除了普通的運放採用自穩零的技術，專用放大器產品也採用了該技術以得到性能的提高。AD8230是採用自穩零技術的一款低漂移精密儀表放大器。自穩零特性使失調電壓漂移降至50 nV/?C如下，在−40℃至+125℃擴展工業溫度範圍內也能保持高性能。此外，AD8230還具備高共模抑制比——最低值爲110dB，可以抑制傳感器距儀表較遠的測量中的線路噪聲；16V軌到軌共模輸入範圍則能夠適應地電位變化幅度達數伏的噪聲環境。AD8230的低頻噪聲保持在最小值3 μV峯峯值，於是成爲要求極高直流精密應用的絕佳選擇。3d
AD8217/8/9是採用零漂技術的電流檢測放大器，在-40℃至+125℃整個工做溫度範圍和共模電壓範圍內，失調漂移典型值爲±100nV/℃。器件中還特別進行了設計，使得不管是否存在共模電壓，在整個輸入差分電壓範圍內該器件都能保持線性輸出，而輸入失調電壓典型值爲±50 μV。
典型應用解析
圖2所示電路是一個精密電子秤信號調理系統，它使用一個低功耗緩衝式24位Σ-Δ型ADC AD7791和兩個外部零漂移放大器ADA4528-1。該解決方案支持單電源供電，可提供高直流增益。
對於滿量程輸出爲10mV的稱重傳感器，該電路提供15.3位的無噪聲碼分辨率。利用本電路能夠很是靈活地設計定製低電平信號調理前端，用戶能夠輕鬆優化傳感器-放大器-轉換器組合電路的總體傳遞函數。來自稱重傳感器的低電平幅度信號由兩個零漂移放大器ADA4528-1放大，放大器連續自行校訂任何直流偏差，儘量保持精確。除了低失調電壓和漂移外，ADA4528-1也沒有1/f噪聲，這一重要特性有助於電子秤在直流或低頻時進行精確測量。
圖2：基於ADA4528-1的精密電子秤信號調理電路。
寬電源及輸入電壓範圍放大器
相對於任何其它系統器件，更寬電源和輸入電壓範圍是精密運算放大器的另外一項關鍵要求，也是對運算放大器的一個更大挑戰。在電力系統、汽車或大型電池組的系統中，放大器的輸入可能鏈接到幾百伏高壓，同時必須仍然在微伏範圍內放大信號。此外，愈來愈多的系統採用更低的電壓供電，但輸入信號一般並不受系統供電電壓的限制，遠遠超過供電電壓的系統的狀況並很多見，這對系統設計帶來挑戰。這些放大器須要具備更寬的電壓範圍、更穩定的性能，須要集成輸入過壓保護、片內電磁干擾濾波、更高的靜電放電抗擾度特性，以及更高的上電和掉電操做時防閂鎖的特性，以改進系統性能、下降成本、提升魯棒性，同時簡化系統設計的複雜度。下面結合ADI近年來推出的幾款精密運放解析寬電源及輸入電壓範圍運放特色及應用案例。
典型器件解析
ADA4096-2是一款寬電壓範圍的運算放大器，具備軌到軌輸入/輸出範圍，工做電源範圍爲3 V至30 V，功耗很低，於是很是適合監控電池使用狀況和控制電池充電。除了寬輸入範圍外，ADA4096-2是業界首款具備±30V以上過壓保護的精密運放，具備獨特的輸入級，擁有過壓保護輸入和二極管，容許輸入電壓高於或低於供電軌32 V，而不會發生相位反轉或閂鎖，很是適合魯棒的工業應用。
AD8276可採用2.0V至36V的單電源供電，輸入範圍很寬（輸入引腳端的最大電壓爲-Vs~40V，最小電壓爲+Vs~-40V，幾乎是供電電壓的兩倍，而AD8278/9的輸入範圍能夠達到供電電壓的三倍），在單電源供電下能夠輸入負信號，使用很是方便。AD8276很是適合用於過程控制、電機控制和電源管理應用中魯棒的電壓和電流感應，該產品至推出開始其單通道低於1美圓的史無前例的價格更突顯了性價比優點。另外，AD8276的最大靜態電源電流爲200uA，很是適合電池供電的便攜式系統應用。
AD8475是ADI公司去年推出的一款全差分衰減放大器，集成精密增益電阻，可提供精密衰減（0.4或0.8倍）、共模電平轉換、單端差分轉換及輸入過壓保護等功能。AD8475在採用5 V單電源供電時，器件可以耐受最高±15 V的工業輸入電壓。它提供一個完整的接口，使工業電平信號可以直接兼容低壓、高性能16位或18位單電源逐次逼近型模數轉換器的差分輸入範圍。
AD8476也是一款全差分精密放大器，結構與AD8475相似，不一樣點是AD8476增益爲1，很是適合用做驅動低功耗、高性能ADC的單端轉差分或差分轉差分放大器。
典型應用解析
標準單端工業信號電平（±5 V、±10 V或0 V至+10 V）與現代高性能16位或18位單電源SAR型ADC的差分輸入範圍並不直接兼容，須要使用適當的接口驅動電路對工業信號進行衰減、電平轉換和差分轉換，使其具備與ADC輸入要求相匹配的正確幅度和共模電壓。
圖3所示的電路實現了上述功能。AD8475可提供精密衰減（0.4倍或0.8倍）、共模電平轉換、單端差分轉換及輸入過壓保護等功能，這些特性很好地知足了該電路的功能特性需求（注意，這裏AD8475採用了5V供電）。
圖3：單端轉差分ADC驅動器原理示意圖。
本文小結：
因爲篇幅的限制，本文僅給出了部分表明性的產品。做爲全球最大的放大器芯片提供商，ADI提供了最全面、特性豐富的精密運算放大器，不管是低壓、高壓或是微功耗仍是零漂移儀表放大器，數十個系列產品總能找到符合特定信號放大需求的最佳型號。