ライター：mpcsp079さん（最終更新日時:2016/4/22）投稿日：2016/4/18
■詳しくはこちらをご覧ください！図を使い解説しています。
ＡＵＴＯ ＺＥＲＯ ＯＰＡＭＰ オペアンプ原理解説 （TI偏）＆ - SonofSamlawのブログ
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
参考に・・・
オペアンプＯＰＡＭＰの同相電圧ゲインのモデル(CMRR測定のために) - SonofSamlawのブログ
ーーーーーーーーー上ブログからーーーーーーーーーーーーーー
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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。
３つのＩＮ端子をもつ２つのＡＭＰで構成される。メインアンプとヌルアンプの差動ゲインを共通でＡ、３番目の端子のゲインを共通でＢとし、オフセット電圧をＶｏｓｍ、Ｖｏｓｎとする。補正動作の結果、この復号アンプは次式のようになる。
Ｖｏｕｔ≒Ｖｉｎ＊Ａ＊Ｂ＋Ａ（Ｖｏｓｍ＋Ｖｏｓｎ）
＝Ａ＊Ｂ（Ｖｉｎ＋（Ｖｏｓｍ＋Ｖｏｓｎ）／Ｂ）
つまり、
差動ゲイン＝Ａ＊Ｂ
オフセット電圧＝（Ｖｏｓｍ＋Ｖｏｓｎ）／Ｂ
となる。つまりオフセット電圧が１／Ｂ倍にされている。Ｂ＝１００００であれば数ｍＶはμＶになる。補正メカニズムにより、ＶｉｎとＶｏｓに対するゲインに大きい差をつけている。
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。
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。
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
（１）
として書ける。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。ワイドバンドへの突破口はＯＰＡ３３５のようなＡＺＡｓである。
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.
このくりかえし操作はＯＵＴ電圧リップルを最小にし、
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
