中圖分類號：TN402 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245990 中文引用格式： 鄧新偉,，楊尚爭，毛佳烽，等. 一種應用乒乓自歸零的高精度放大器[J]. 電子技術應用,，2025,，51(3)：49-53. 英文引用格式： Deng Xinwei，Yang Shangzheng,，Mao Jiafeng,，et al. A high-precision amplifier using ping-pong auto-zeroing[J]. Application of Electronic Technique，2025,，51(3)：49-53.
A high-precision amplifier using ping-pong auto-zeroing
Deng Xinwei,，Yang Shangzheng，Mao Jiafeng,，Hu Weibo,，Ren Liru
College of Electronic Information and Optical Engineering， Nankai University
Abstract： This paper presents the design and implementation of a low-offset, high-gain operational amplifier (op-amp). The overall circuit consists of a bandgap reference, oscillator, frequency divider, auxiliary op-amp, and main op-amp. By employing a ping-pong auto-zeroing architecture, the circuit achieves continuous operation while significantly reducing the input offset voltage of the amplifier. Furthermore, this paper proposes a novel and efficient control timing scheme that effectively reduces the settling time during ping-pong switching at a relatively low cost, further minimizing the output glitches of the amplifier. The amplifier chip was designed and fabricated in a 350 nm CMOS process. Measurement results demonstrate that under a 5 V supply voltage, the amplifier consumes 0.65 mA current, achieves a maximum input offset voltage of 3 µV, provides a gain-bandwidth product of 8 MHz, and exhibits a noise spectral density as low as 30 nV/√Hz.
Key words : low-offset,；ping-pong,；auto-zeroing,；amplifier
引言
隨著互補金屬氧化物半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS）工藝的不斷發(fā)展,，CMOS憑借其便于集成以及成本低等優(yōu)點，逐漸成為了主流工藝,。但是CMOS放大器受失調電壓（1~10 mV）,、溫漂以及1/f噪聲的影響，無法滿足高精度應用的要求,。通常在電路設計上解決上述問題有兩種技術：斬波技術和自歸零技術[1-2],。采用斬波技術會在放大器的輸出端引入紋波，如果放大器后面驅動模數轉換器(ADC),，這種紋波在ADC采樣時會產生較大的誤差,，除非采樣和斬波同步發(fā)生在紋波的過零點[3]。隨著斬波技術的發(fā)展,，文獻[4-7]分別展示了不同的方法來減小紋波,。但所有這些方法有一個共同的缺點:當輸入被調制時，即使放大器是無失調偏移的,，它們有限的帶寬也將引起切換瞬變,，而在放大器的輸出處解調時，切換瞬變會變成毛刺,。而自歸零相比斬波而言,，由于沒有調制解調過程，不會產生紋波[8],。但由于采樣作用,，自歸零是一種不適用于連續(xù)時間工作的技術。當需要連續(xù)時間操作時，則需要使用乒乓結構[9],，其中兩個自歸零放大器彼此并聯(lián)運行,，一個自動調零，一個用于放大信號,。此外放大器在乒乓切換過程中,，一般采用兩相非交疊時鐘控制切換時序[10]，但這樣會在放大器的輸出引入毛刺,。
