仪表放大器是一种精密型差分放大器,具有低噪声、低失调、高线性度和高共模抑制的显著特点,被广泛应用在传感器信号调理、数据采集和能源勘探等领域。作为传感器信号读出电路的关键部分,仪表放大器不仅需要检测前端传感器的输出信号,通常还要驱动后级的模数转换器。随着应用场景中模数转换器精度的提升,对高性能仪表放大器电路也产生了更大需求。论文首先概述了仪表放大器的国内外研究现状,介绍电路的噪声与失调来源,并针对低频误差抑制中的斩波稳定和相关双采样技术进行重点分析。然后以仪表放大器常用的四种拓扑结构为基础,总结比较不同结构之间的优缺点。为减弱温度变化对仪表放大器性能的影响,论文设计了一种较低温度系数的带隙基准电流产生电路。另外,失调稳定型运算放大器可以进一步降低电路的失调,论文对该结构进行了技术原理和稳定性的分析。在此基础上,论文最后设计了两种不同类型的低噪声仪表放大器。在连续时间域,本文设计了一种高精度斩波型仪表放大器。通过在电路中应用斩波稳定技术,大幅降低电路失调与噪声。结合输入缓冲器模块,增强仪表放大器的输入阻抗。论文基于0.18μm 1P4M的BCD工艺完成仪表放大器的版图设计与后仿真。在5V电源电压、5.1mA静态电流下,仪表放大器在10Hz处的等效输入噪声功率谱密度为19.05nV/（?）Hz;等效输入失调电压均值为0.8μV。通过对反馈电阻进行编程控制,电路实现1～64倍的可调节增益。电压输入与输出范围分别可以达到3.9V和5V,且在输入信号处于满幅状态时,放大后的输出信号THD均在-115dB以下。在离散时间域,本文设计了一种改进的开关电容型仪表放大器。为降低噪声与失调,电路在输入端应用预测式相关双采样技术,并对输入信号过采样。通过对MOS开关和控制时钟的优化,进一步提升电路的线性度。论文基于0.18μm 1P4M的BCD工艺完成仪表放大器电路设计与前仿真。在5V电源电压、6.6mA静态电流下,仪表放大器在100Hz处的等效输入噪声功率谱密度为29.27nV/（?）Hz,并且0.1～10Hz的等效输入积分噪声值均在0.54 μVrms以下;等效输入失调电压均值为1.28μV。通过对采样电容和反馈电阻进行编程控制,电路也实现了 1～64倍的可调节增益。电压输入与输出范围均可以达到5V的电源电压,且在输入信号处于满幅状态时,放大后的输出信号THD均在-100dB以下。综上,高精度斩波型仪表放大器可以在低功耗下实现更低的噪声与失调,但输入信号范围受到限制,而且工艺制作中电阻误差比较大,导致电路性能不稳定。相对而言,开关电容型仪表放大器可以处理更大范围的输入信号,不受输入共模电压的限制,但线性度受到开关和时钟性能的限制;在工艺制作中电容精度更高,电路有着稳定的频率响应。