ライター：mpcsp079さん（最終更新日時:2016/4/22）投稿日：2013/7/3
http://www.ti.com/lit/an/slyt204/slyt204.pdf
の中のＡＵＴＯ ＺＥＲＯ ＡＭＰの部分を引用する。
さらに翻訳していく。
Auto-zero amplifiers ease the design of
high-precision circuits
By Thomas Kugelstadt (Email: tk@ti.com)
Senior Systems Engineer, Industrial Systems
■概要
ＡＵＴＯ ＺＥＲＯ ＡＭＰというのは、オフセット電圧が通常のＯＰＡＭＰの１／１０００くらいに小さいＯＰＡＭＰである。
ＡＵＴＯ－ｚｅｒｏ ＯＰＡＭＰは２つの３入力アンプを組み合わせ、信号ゲインをオフセット電圧ゲインより１００００倍程度大きくすることで、オフセット電圧の効果を１／１００００程度にするようにしたものである。つまり構成されるＯＰＡＭＰのオフセット電圧が３ｍＶであれば、これが０．１μＶと等価になってしまうのである。
The auto-zero amplifier (AZA)
Similar to the chopper-stabilized approach,
the AZA uses a main amplifier for wideband
signal amplification and a nulling amplifier for
offset correction. Figure 4 shows a block
diagram of the TLC2654, an AZA developed
by Texas Instruments in the mid-80s.
With the calibration path lying in parallel
with the signal path, both inputs of the main
amplifier are available for differential input
operation.
【以上訳】
チョッパースタビライズ方式に似て、ＡＺＡはワイドバンドアンプとオフセット修正のためのヌルアンプをもつ。図4はＴＩによって１９８０年代に設計されたＴＬＣ２６５４のブロック図を示す。信号パスに平行な校正パスで、メインアンプの２つのインプットは差動である。
The main amplifier, AM, and the nulling amplifier, AN,
each have an associated input offset voltage (VOSM and
VOSN, respectively) modeled as a dc offset voltage in series
with the noninverting input. The open-loop gain of the
signal inputs is given as AM and AN. Both amplifiers also
have additional voltage inputs with the associated openloop
gains of +BM and –BN.
【以上訳】
メインアンプＡＭ、ヌルアンプＡＮ、それらには、非反転ＩＮにＤＣオフセット電圧が直列に入っている。それらのオープンループゲインはＡＭ，ＡＮである。どちらももう一つのオープンループゲインＢＭ，ーＢＮをもつ電圧インプットをもつ。
Offset correction of the overall amplifier occurs within
one cycle, fAZ, of the auto-zero clock and is split into two
modes of operation: an auto-zero phase and an amplification
phase. The oscillator, generating fAZ, initiates the auto-zero
phase by driving both switches into position 1. The inputs
of the nulling amplifier are shorted together, while its output
is connected to capacitor C1. In this configuration AN
measures its input offset voltage and stores it via C1.
Mathematically we can express the voltage at C1 as
【以上訳】
全体アンプのオフセット修正はＡＵＴＯ ＺＥＲＯ クロックｆＡＺの１サイクルでおこなわれ、ａｕｔｏ－ｚｅｒｏフェイズと増幅フェイズの２つに分けられる。クロックはスイッチを１に入れ、ａｕｔｏーｚｅｒｏフェイズを開始する。ヌルアンプのｉｎｐｕｔはショートされる。ｏｕｔｐｕｔはＣ１につながれる。この構成において、ＡＮはｉｎｐｕｔオフセット電圧を
測り、それをＣ１に保存する。数学的にＣ１の電圧ＶＣ１を
として書ける。
This shows that the offset voltage of the nulling amplifier
times a gain factor appears at the output of AN and thus
on the C1 capacitor.
In the amplification phase, when both switches are in
position 2, this offset voltage remains on C1 and essentially
corrects any error from the nulling amplifier. AN amplifies
VC1 by the factor BN and subtracts it from the amplified
input signal,
【以上訳】
これはヌルアンプのオフセット電圧のゲイン倍がＡＮのｏｕｔｐｕｔ、つまりＣ１に現れることを示している。
増幅フェイズで両スイッチが２の位置である時、Ｃ１にはオフセット電圧が残っている。ＡＮはＢＮによりＶＣ１を増幅し、増幅されたｉｎｐｕｔ信号からそれを引く。
Equation 2 shows that VOSN has been reduced by a factor
1 + BN, indicating how the nulling amplifier reduces its
own offset voltage error even before correcting the main
amplifier. The potential, VC2, now serves the main amplifier
as an offset correcting voltage, forcing its output, and thus
the output of the complete AZA, to
【以上訳】
（２）式はＶＯＳＮが（１＋ＢＮ）だけ減らされていて、ヌルアンプがどのように、メインアンプにつながる前の自分のオフセット電圧誤差を減らすかを示している。ＶＣ２は今オフセット修正電圧としてメインアンプに供給される。そしてそれゆえＡＺＡのＯＵＴＰＵＴは次のようになる。
Most obvious is the gain product of both the main and
nulling amplifiers. The ANBN term in Equation 3 explains
why AZAs have extremely high open-loop gain. To understand
how VOSM and VOSN relate to the overall effective
input offset voltage of the complete amplifier, we should
set up the equation for the generic amplifier in Figure 5:
【以上訳】
もっとも明らかなのは、メイン、ヌルアンプのゲイン積である。式（３）のＡＮＢＮ項はなぜＡＺＡが大きなオープンループゲインを持つかを説明する。どのようにＶＯＳＭ，ＶＯＳＮが全アンプの実効的なｉｎｐｕｔオフセット電圧と比べるかを理解するため、図５で一般的アンプのための式にしてみる。
Thus, the offset voltages of both the main and the
nulling amplifiers are reduced by the gain factor BN. If we
consider the open-loop gains of the local amplifiers, AN
and AM, to be in the region of 10,000 or higher, it quickly
becomes evident that even an inherent offset voltage of
millivolts is reduced to an effective input offset voltage of
microvolts for the complete AZA.
【以上訳】
両方のアンプのオフセット電圧はゲインＢＮにより減る。もし、ローカルアンプＡＮ，ＡＭのオープンループゲイン（１００００以上）を考えると、ＡＺＡとしてｍＶ代のオフセット電圧はμＶ大に減らされる。
訳者：Ｖｉｎに対してはゲインＡＮ＊ＢＮ、Ｖｏｓ_effに対してはゲインはＡＮとなり、Ｖｏｓ_effが１／ＢＮになったことになる。
The AZA constitutes a sampled data system. The process
of sampling therefore generates frequencies consisting of
the sum and difference of the input signal frequency, fS,
and the auto-zero clock frequency, fAZ. The summing
frequency, fAZ + fS, can be filtered easily and is therefore
of little importance. However, the difference frequency,
fAZ – fS, can alias into the baseband if fS≥ fAZ/2. Older AZA
designs therefore required the limitation of the input
bandwidth to less than half of the auto-zero frequency.
【以上訳】
ＡＺＡはサンプルデータシステムを構成する。そのため、この過程はｉｎｐｕｔ信号ｆＳとａｕｔｏ－ｚｅｒｏクロック周波数ｆＡＺの和や異なる周波数を生み出す。和は簡単にフィルタで除ける。しかし、差ｆＡＺ－ｆＳはもし、ｆＳ＞＝ ｆＡＺ／２ならベースバンドにアリアスを引き起こす。古いＡＺＡ設計はｉｎｐｕｔバンド幅をｆＺＡ／２より小さくした。
Most of the amplifiers available in the mid-80s had typical
clock frequencies in the range of only 400 to 500 Hz, thus
narrowing the signal bandwidth down to 250 Hz. The
TLC2654 was one of the first amplifiers that allowed highfrequency
auto-zeroing at 10 kHz, thus extending theinput bandwidth up to 5 kHz.
【以上訳】
１９８０年代ではクロック周波数は４００から５００Ｈｚが大部分だった。そのため、信号バンド幅は２５０Ｈｚと狭い。ＴＬＣ２６５４はクロック１０ｋＨｚでｉｎｐｕｔバンド幅は５ｋＨｚでもっともはやいものの１つだった。
The breakthrough to real wideband operation happened
only with the recent introduction of AZAs such as the
OPA335. Modern process technology, with gate structures
in the submicron region, made the economical integration
of complex anti-aliasing circuitry possible. The strong
attenuation of alias frequencies enabled wideband operation
across the entire amplifier bandwidth.
【以上訳】
ワイドバンドへの突破口はＯＰＡ３３５のようなＡＺＡｓである。
Figure 6 shows the inner structure of the OPA335. The
two nulling amplifiers, AN1 and AN2, operate in an alternate
mode in parallel with the main amplifier, AM. While
AN1 nulls its offset during the auto-zero phase, AN2 is in
the amplification phase, correcting the main amplifier’s
offset voltage and vice versa.
【以上訳】
図６にＯＰＡ３３５の構成を示す。２つのヌルアンプＡＮ１，ＡＮ２はメインアンプＡＭに並列に交互に使用される。ＡＮ１がａｕｔｏ－ｚｅｒｏフェイズでそのオフセットをなくしている間、ＡＮ２は増幅フェイズであり、メインアンプのオフセット電圧を修正する。
The alternating operation of the nulling amplifiers minimizes
output voltage ripple and intermodulation distortion
(IMD) by keeping the amplifier’s gain bandwidth constant
during operation. Proprietary circuit design has made
further improvements to the nulling amplifiers. Each
amplifier consists of a multistage composite amplifier. This
configuration drastically reduces the quiescent current
down to 300 μA (versus the 1.5 mA of the TLC2654) while
maintaining a high open-loop gain of 130 dB. In addition,
the previous external capacitors have been made redundant
by achieving the same effective capacity values
through Miller equivalence.
Let’s return to the process of auto-zeroing. The nulling
amplifier, whose switches are in position 1, is in the autozero
phase, thus charging its capacitor to
参考
http://www.analog.com/jp/content/cu_analog_dialogue_vol34_no1_jp/fca.html
■実例
TLC2654
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tlc2654.pdf
AD8638
http://www.redrok.com/OpAmp_AD8638_8639_Dual.pdf
The AD8638/AD8639 are single-supply and dual-supply, ultrahigh precision, rail-to-rail output operational amplifiers. The typical offset voltage of 3 μV allows the amplifiers to be easily configured for high gains without risk of excessive output voltage errors. The extremely small temperature drift of 30 nV/°C ensures a minimum offset voltage error over the entire temperature range of ?40°C to +125°C, making the amplifiers ideal for a variety of sensitive measurement applications in harsh operating environments.
The AD8638/AD8639 achieve a high degree of precision through a patented auto-zeroing topology. This unique topology allows the AD8638/AD8639 to maintain low offset voltage over a wide temperature range and over the operating lifetime. The AD8638/AD8639 also optimize the noise and bandwidth over previous generations of auto-zero amplifiers, offering the lowest voltage noise of any auto-zero amplifier by more than 50%.
Previous designs used either auto-zeroing or chopping to add precision to the specifications of an amplifier. Auto-zeroing results in low noise energy at the auto-zeroing frequency, at the expense of higher low frequency noise due to aliasing of wide-band noise into the auto-zeroed frequency band. Chopping results in lower low frequency noise at the expense of larger noise energy at the chopping frequency. The AD8638/AD8639 use both auto-zeroing and chopping in a patented ping-pong arrangement to obtain lower low frequency noise together with lower energy at the chopping and auto-zeroing frequencies, maximizing the SNR for the majority of applications without the need for additional filtering. The relatively high clock frequency of 15 kHz simplifies filter requirements for a wide, useful, noise-free bandwidth.
The AD8638 is among the few auto-zero amplifiers offered in the 5-lead SOT-23 package. This provides significant improve-ment over the ac parameters of previous auto-zero amplifiers. The AD8638/AD8639 have low noise over a relatively wide bandwidth (0 Hz to 10 kHz) and can be used where the highest dc precision is required. In systems with signal bandwidths ranging from 5 kHz to 10 kHz, the AD8638/AD8639 provide true 16-bit accuracy, making this device the best choice for very high resolution systems.
ＯＰＡ２１８８
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/opa2188.pdf
