——一款具有高输入阻抗和低输入纹波的通用宽带斩波仪表放大器

高精度零漂仪表放大器广泛应用于工业控制、智能传感以及生物医疗等消费电子领域，其低噪声、低失调以及低温漂等特点使得其在微弱信号采集等领域具有重要的地位。传统的零漂仪表放大器主要基于三运放结构，同时配合斩波等技术实现，然而它仍然存在一系列问题。首先，斩波虽然能实现较低的低频噪声但是会带来严重的带内纹波，这限制了传统斩波放大器的可用带宽，另一方面，传统纹波抑制环路的效果仍然有限。其次，输入斩波器会导致放大器输入阻抗的降低，传统基于正反馈的阻抗提升技术严重依赖于整体环路增益的配置，无法实现最优化的阻抗提升，且无法适用于运算放大器。

为了解决上述问题，复旦大学微电子学院集成电路设计(ICD)实验室创新性地设计了一款具有高输入阻抗、低输入纹波以及低失调的宽带斩波仪表放大器，相关研究成果以题为"A 1.8-GΩ Input-Impedance 0.15-μV Input-Referred–Ripple Chopper Amplifier With Local Positive Feedback and SAR-Assisted Ripple Reduction"发表于IEEE固态电路杂志IEEE Journal of Solid-State Circuits。该课题由徐佳伟研究员、洪志良教授和曾晓洋教授作为指导老师，第一作者为博士生瞿天翔，并由博士生潘钦竞和刘立恒协助完成。

整体仪表放大器采用高频通路和低频通路互补的结构，且可以重新配置为运算放大器。在本设计中，低频通路利用动态电路技术实现低输入失调和大的直流增益，而高频通路负责拓宽工作带宽，其非理想特性被低频通路较大的直流增益所衰减。低频通路中的本地正反馈环路和自动校准技术，并配合级间高通滤波器实现了大的输入阻抗和较小的等效输入纹波。本设计提出的本地正反馈环路被巧妙地嵌入到了电流平衡型输入级中，使其阻抗提升效果不依赖于仪表放大器的增益配置，该技术有效地解决了斩波放大器输入阻抗较低的问题。另一方面，针对传统斩波放大器较大的输出纹波问题，本设计采用级间高通滤波器阻挡了直流失调，以防止其被调制成输出纹波，同时数字辅助的自动校准技术保证了前级电路不会饱和。相比于传统纹波抑制回路，本设计实现了更好的纹波抑制效果和更高的能效。

测试结果表明，得益于电流平衡输入级以及本地正反馈环路，本次设计的仪表放大器及其重构的运算放大器分别实现了1.8 GΩ(最小值)和0.9 GΩ(最小值)的最高输入阻抗。此外，数字辅助的校准技术配合高通滤波器实现了0.15 μV(最大值)的等效输入纹波和有竞争性输入失调电压(4 μV)。