利用自动归零噪声滤波器降低高精度、间接电流反馈仪表放大器的输出噪声
引言
仪表放大器通常用于在高共模电压场合放大一个小的差分信号，有些应用要求高精度放大器具有超低失调和漂移，低增益误差和高共模抑制比(CMRR)。本文建议设计人员考虑使用自动归零放大器来达到上述应用的要求。
自动归零放大器具有低电压失调、漂移，提供较高的增益和共模抑制比。但这些放大器有一个缺点：在自动归零频率及其倍频上存在明显的噪声。自动归零频率位于仪表放大器的有效带宽以外。有些应用中，仪表放大器的输出直接连接到模/数转换器（ADC），这些噪声会直接影响系统的性能。
本文介绍了一种简单的滤波技术，用来降低自动归零噪声，能够以最少的外围元件配合自动归零仪表放大器实现一个新颖的间接电流反馈架构。
仪表放大器的应用
仪表放大器在医疗系统中最流行的一种应用是心电监护仪(ECG)，这种监护仪利用于人体皮肤相接触的传感器监测心率。ECG传感器成对使用，检测非常弱的差分信号，通常只有几百μV到几个mV，并伴随有较大的失调电压。例如，病人的左、右臂之间的失调电压可能达到200mV，这一差分交流信号通过具有高直流共模抑制比的仪表放大器放大，放大电路还采用了高通滤波器，以消除不同传感器所产生的不同直流成分。
由于仪表放大器放置在整个放大链路的第一级，要求具备高输入阻抗和高CMRR。另外，由于输入差分信号处于亚毫伏级，放大器需要在标准的0.05Hz至150Hz内提供高增益。整个模拟链路的增益通常在1000倍，因此，第一级仪表放大器的增益最好在20-100范围内。考虑到高增益的需求，必须尽可能降低输入失调电压，以确保足够的动态范围。
抑制设备及电力线的50Hz/60Hz噪声是ECG设计的基本要求，因此，仪表放大器在50/60Hz频率处具有高CMRR和PSRR（电源抑制比）成为一个影响设计的关键因素，当然，带有关断功能的低功耗器件也是此类设计的基本需求。
间接电流反馈架构
仪表放大器在高共模电压场合下放大微弱的差分信号，这些放大器被广泛用于测量医学传感器、压力和温度传感器的电桥接口，检测各种电流等。新型仪表放大器，间接电流反馈架构与传统的三运放方案（图1）相比有一些重要突破。图 2 是MAX4209采用的新型间接电流反馈架构。
图 1 传统的三运放仪表放大器结构，虚线内的电阻是器件的外部电阻
图 2 MAX4209 间接电流反馈仪表放大器
图2中的A和B分别是两个跨导放大器，从它们的差分输入电压产生输出电流，并对共模输入信号进行抑制。C为高增益放大器，通过R1和R2提供负反馈。负反馈环路强制放大器A和B的两个差分输入端相等。因此，放大器输出和差分输入VIN的关系如下：
与传统方案相比，这种间接电流反馈架构有两个重要优点：
1. 输入共模电源在第一级即被抑制掉，使得仪表放大器可以采用单电源供电并可在整个增益范围内处理零电位或负电位检测；
2. 放大器增益通过两个内部匹配电阻设置，大大提高了增益精度。
自动归零放大器的基本原理
