I.引言
斩波技术周期性地校正放大器的失调电压，故能实现微伏级失调 电压和非常小的1/f噪声（其转折频率低于亚赫兹）1,2。因此，许多斩波运算放大器和仪表放大器主要用于检测源阻抗和信号频率相对较低的小输入电压。其重要应用之一是放大反映光、温度、磁场、力的毫伏级传感器信号，此类信号的频率大多低于千赫兹2 然而，相比于没有斩波的传统CMOS放大器，输入斩波器的开关会引入高得多的输入偏置电流和输入电流噪声3,4。当放大器的输入由高源阻抗驱动时，这种输入电流噪声会被转换为电压噪声，其 在放大器整体噪声中可能占据主导地位3,4。
文章“ 斩波放大器中输入电流噪声的测量和分析”4解释了输入电 流噪声的各种可能来源，并且将与输入 MOS开关的电荷注入相关 的散粒噪声确定为主要噪声源。然而，文章“带开关输入的放大器中的额外电流噪声”5将输入斩波器处的动态电导的热噪声确定为主要噪声源。在所有先前的测量中，放大器的输出电压噪声通过放大器输出到输入的反馈衰减与输入斩波器隔离。
虽然斩波运算放大器传统上用于高闭环增益配置，但低闭环增益 和/或高源阻抗配置也需要其低失调电压和低1/f噪声特性2。 因此， 了解其在这些配置中的电流噪声行为十分重要。这篇文章简单介 绍了高和低两种闭环增益配置下斩波运算放大器的输入电流噪声 分析和测量，参见“采用自适应时钟增强技术的5.6 nV/√Hz斩波运 算放大器在轨到轨输入范围内实现最大0.5μV失调”6。它确定了输入电流噪声的另一个来源，即由输入斩波器的动态电导采样的运 算放大器宽带电压噪声所引起。此外，在采样时，来自斩波的偶次谐波频率的电压噪声功率谱密度(PSD)会折回到低频，导致相应的电流噪声PSD增加。因此，当闭环增益较低时，此噪声源在总输入电流噪声中可能占主导地位，使得运算放大器的输出电压噪声以较小的衰减到达输入斩波器。
第II部分回顾了先前报告的输入电流噪声源，第III部分解释了由采样宽带电压噪声和相关的噪声谱折叠效应引起的输入电流噪声源的机制。第I V部分对运算放大器的各种电流噪声源进行了一些数值计算6。第V部分将计算出的电流噪声与仿真和测量结果进行比较，以验证分析。第VI部分提出了关于降低输入电流噪声的一些建议，文章最后在第VII部分中给出了一些结论。
I.引言
斩波技术周期性地校正放大器的失调电压，故能实现微伏级失调 电压和非常小的1/f噪声（其转折频率低于亚赫兹）1,2。因此，许多斩波运算放大器和仪表放大器主要用于检测源阻抗和信号频率相对较低的小输入电压。其重要应用之一是放大反映光、温度、磁场、力的毫伏级传感器信号，此类信号的频率大多低于千赫兹2 然而，相比于没有斩波的传统CMOS放大器，输入斩波器的开关会引入高得多的输入偏置电流和输入电流噪声3,4。当放大器的输入由高源阻抗驱动时，这种输入电流噪声会被转换为电压噪声，其 在放大器整体噪声中可能占据主导地位3,4。
文章“ 斩波放大器中输入电流噪声的测量和分析”4解释了输入电 流噪声的各种可能来源，并且将与输入 MOS开关的电荷注入相关 的散粒噪声确定为主要噪声源。然而，文章“带开关输入的放大器中的额外电流噪声”5将输入斩波器处的动态电导的热噪声确定为主要噪声源。在所有先前的测量中，放大器的输出电压噪声通过放大器输出到输入的反馈衰减与输入斩波器隔离。
虽然斩波运算放大器传统上用于高闭环增益配置，但低闭环增益 和/或高源阻抗配置也需要其低失调电压和低1/f噪声特性2。 因此， 了解其在这些配置中的电流噪声行为十分重要。这篇文章简单介 绍了高和低两种闭环增益配置下斩波运算放大器的输入电流噪声 分析和测量，参见“采用自适应时钟增强技术的5.6 nV/√Hz斩波运 算放大器在轨到轨输入范围内实现最大0.5μV失调”6。它确定了输入电流噪声的另一个来源，即由输入斩波器的动态电导采样的运 算放大器宽带电压噪声所引起。此外，在采样时，来自斩波的偶次谐波频率的电压噪声功率谱密度(PSD)会折回到低频，导致相应的电流噪声PSD增加。因此，当闭环增益较低时，此噪声源在总输入电流噪声中可能占主导地位，使得运算放大器的输出电压噪声以较小的衰减到达输入斩波器。
第II部分回顾了先前报告的输入电流噪声源，第III部分解释了由采样宽带电压噪声和相关的噪声谱折叠效应引起的输入电流噪声源的机制。第I V部分对运算放大器的各种电流噪声源进行了一些数值计算6。第V部分将计算出的电流噪声与仿真和测量结果进行比较，以验证分析。第VI部分提出了关于降低输入电流噪声的一些建议，文章最后在第VII部分中给出了一些结论。
举报
其中fCHOPP为斩波频率，而(WLCox)SW 和(VGS – VTH)SW分别为开关的栅极氧化层电容和过驱电压。
然后，相关的动态输入电导 GIN_ave和热噪声in_GIN由下式给出：
注意，三个噪声方程式1、2、5中的任何一个都包含一组独特的电路和开关参数，根据参数值不同，任何一种噪声都可能在整体噪声中占主导地位。在所有三个测量的放大器中（一个开环斩波仪表放大器和两个斩波运算放大器，闭环增益为100），方程式1所示的散粒噪声均在总电流噪声中占主导地位4。该开环仪表放大器仅有125 fF输入电容，因此方程式5所示的动态电导的热噪声无关紧要。
当以较高的斩波偶次谐波频率（例如4 × fCHOP 或6 × fCHOP)施加交流输入差分电压时，输入电流也会以相同方式出现。
w其中，fen和fin分别是输入电压噪声PSD和相应的输入电流噪声PSD 的频率。高于fCHOP且低于3 × fCHOP的输入电压噪声PSD会贡献频移 为–2 × fCHOP的输入电流噪声PSD：
总输入电流噪声PSDin_en_GIN_RSS(f)是通过对运算放大器闭环带宽内的所有频率折叠的PSD进行求和得到的，包括方程式8和9中的那些PSD，采用和方根(RSS)计算：
当电压噪声PSD在en处是平坦的，并且带限频率为fen_BW,相应的 低频电流噪声PSD由下式给出:
当fen_BW/fCHOP >> 1时,方程式可近似为：
其中，en × √fen_BW由积分有效值电压噪声en_RMSINT代替。该输入电流 噪声源大致与差分输入端的有效值电压噪声、输入电容大小和斩波频率的平方根成比例。
其中，(1 + RF/RG)是运算放大器周围的闭环增益，GPOST =100是后置增益，用以简化动态信号分析仪HP 35670A的测量。注意在方程式13中， en_OUT_RS和en_OUT以RSS形式减去，因为电流噪声PSD主要由较高频率的折叠噪声引起，因而与电压噪声PSD不相关。
