1.电路任务:

对1到10mV范围内的直流电压放大给AD采样，要求误差低于正负千分之一。

2.模拟电路设计：

待采样电压幅值小，需要放大后送给AD进行采样，放大电路的设计直接关系到测量误差。在拓扑上，可选择比例放大电路或者仪用运放电路，本例选择仪用放大电路如图1，第一级放大倍数为21倍，第二级为10倍；在放大器芯片选择上，需要低噪声、零漂移器件，在本例中，选择ADI推出的ADA4528，选择参数较佳的MSOP封装，在环境温度-40到+125摄氏度范围内其各项主要参数如表1。

表1. ADA4528主要参数

计算运放各项理论误差值：

（1）失调电压及漂移带来的误差：

失调电压的物理意义，是输入为零时，输出电压的非零值折合到输入端的电压值。为了达到误差要求，仪用放大器的总放大倍数不宜过大，以放大210倍为例，计算得出输入为零时，输出端最大为840uV，温漂3 uV/℃。

（2）输入偏置电流带来的误差：

输入偏置电流的物理意义，是为了保证运放第一级的直流工作点，而需要在基极注入的电流，通常由输入电阻来提供。所以，输入电阻的阻值不宜过高，以免其上的压降太高造成运算误差。本例以1K的输入电阻为例，在输入电阻上将产生最大0.6uV的压降。折合为输入端0.6uV的失调电压。

（3）共模抑制比带来的误差：

解释共模抑制比之前，需要先解释共模电压和差模电压，共模电压是运放同相和反相端电压的平均值，差模电压是同相和反相端电压之差。假设要在输出端达到1V的输出，共模电压需要为x伏，差模电压需要y伏，则计共模抑制比CMRR为x/y，也可以视为(1/y)/(1/x)，即差模放大倍数与共模放大倍数之比，通常用对数值CMR=20lgCMRR来计，单位dB。本例中，直流输入下，共模抑制比最低为116dB，CMR为6.3e+5，本例中输入共模电压Vcm可以达到x=10mV/2=5mV，相当于造成的输入差模误差电压值，或者说是等效失调电压值设为y，根据CMRR=x/y，计算得y=(1/(6.3e+5))* 5mV=7.9nV，在经过210倍放大后，输出误差为1.6uV，与第（1）项带来的840uV误差相比，可以忽略。

（4）电源抑制比带来的误差：

电源抑制比考核的是电源发生电压值变化ΔVsupply时，等效产生的失调电压ΔV，公式为PSRR=20lg(ΔVsupply/ΔV)。本例中，取Δvsupply=0.3V，则ΔV=0.13uV，经过210倍放大后输出误差为27.3uV。折合为输入端0.13uV的失调电压。

（5）电阻不匹配带来的误差：

仪用放大器电阻选用万分之一精度，仪用运放的第一级，根据其放大倍数计算公式，A=(2Rf/Ri)+1，最极端情况下，三个电阻中反馈电阻正误差万分之一，输入电阻负误差万分之一，计算可得总误差万分之二。仪用运放的第二级，由于两个输入电阻误差，造成等效的失调电压，流过电流为第一级的输出电压除以输入电阻与反馈电阻的和，计采样电压为z，单位mV，第一级输出电压z*21mV，流过第二级放大电路输入电阻的电流为z*21mV/(5k+5k)=2.1*z uA，最极端情况下，两个输入电阻一个为正误差万分之一，另一个为负误差万分之一，两个电阻产生2*5k*0.01%=1.0 ohm的误差电阻，则等效于形成1.0 ohm*2.1*z uA=2.1*z uV的等效失调电压，经过第二级放大10倍后，在输出端形成21z uV的误差电压。折合为输入端0.1zuV的失调电压。

图1.放大电路

综合上述的各项误差，计算系统总误差。因为以上所有误差都可以折算为运放输入端的失调电压，所以做误差叠加：(4+0.6+0.13+0.1z)uV，z为待测电压，单位mV，取量程上限z为10，则误差等效的电压为5.83uV，系统总误差为千分之0.58。使用校准等措施，可以抵消失调电压、输入偏置电流、电阻不匹配等带来的误差，之后温漂将成为影响误差的主要因素。