Dynamisch compenseren van CMos-versterkeroffset

Geïntegreerde circuits zitten barstensvol operationele versterkers (opamps), die het verschil tussen twee invoersignalen versterken. Handig voor terugkoppellussen. Maar hoewel het basale ontwerp al tientallen jaren hetzelfde is, valt er nog veel aan te verbeteren. Een opamp waarvan beide ingangen op 0 staan, heeft bijvoorbeeld nog altijd een kleine uitgangsspanning, de offset. Die kan af en toe flink in de weg zitten.

Uiteraard nemen ontwerpers daar geen genoegen mee. ’Sinds 1980 zijn er al versterkers op de markt die de offset dynamisch compenseren‘, vertelt TU Delft-promovendus Frerik Witte. Hij sleutelde de afgelopen jaren aan verschillende manieren om deze compensatiemechanismes te verbeteren. ’Er is al heel veel gebeurd in het veld, maar een combinatie van lage offset, lage ruis en redelijk hoge bandbreedte was nog niet aanwezig. Terwijl je altijd wel wat bandbreedte wilt hebben als je een opamp in een terugkoppellus wilt plaatsen. Anders kun je alleen laagfrequente signalen bewerken.‘

Er zijn twee aanpakken voor offsetcompensatie: auto-zeroing en chopping. ’Bij auto-zeroing moduleer je naar het tijddomein, bij chopping naar de frequentie‘, licht Witte toe. In een auto-zeroing-configuratie wordt de versterker steeds even uitgeschakeld om de offset te meten, zodat die waarde vervolgens van het uitgangsignaal kan worden afgetrokken. ’Behalve dat je de versterker steeds even moet uitzetten, hebben deze versterkers ook als nadeel dat ze wat meer ruisen.‘