低噪聲設(shè)計(jì)選擇最佳放大器時(shí)涉及到的權(quán)衡問(wèn)題

當(dāng)針對(duì)低噪聲應(yīng)用評(píng)估放大器的性能時(shí)，考慮因素之一是噪聲，本文簡(jiǎn)要探討在為低噪聲設(shè)計(jì)選擇最佳放大器時(shí)涉及到的權(quán)衡問(wèn)題。

如果驅(qū)動(dòng)一個(gè)帶有一定源電阻的運(yùn)算放大器，等效噪聲輸人則等于以下各項(xiàng)平方和的平方根：放大器的電壓噪聲；源電阻產(chǎn)生的電壓；以及流過(guò)源阻抗的放大器電流噪聲所產(chǎn)生的電壓。 如果源電阻很小，則源電阻產(chǎn)生的噪聲和放大器的電流噪聲對(duì)總噪聲的影響不大。這種情況下，輸人端的噪聲實(shí)際上只是運(yùn)算放大器的電壓噪聲。 如果源電阻較大，源電阻的約翰遜噪聲可能遠(yuǎn)高于運(yùn)算放大器的電壓噪聲和由電流噪聲產(chǎn)生的電壓。但需要注意，由于約翰遜噪聲僅隨電阻的平方根而增長(zhǎng)，而受電流噪聲影響的噪聲電壓與輸人阻抗成正比關(guān)系，因而對(duì)于輸人阻抗值足夠高的情況，放大器的電流噪聲將成為主導(dǎo)。當(dāng)放大器的電壓和電流噪聲足夠高時(shí)，在任何輸人電阻值情況下，約翰遜噪聲都不會(huì)是主導(dǎo)。 如果某個(gè)放大器的噪聲貢獻(xiàn)相對(duì)于源電阻可以忽略不計(jì)，則可通過(guò)運(yùn)算放大器的品質(zhì)因數(shù)Rs, op來(lái)進(jìn)行選擇。這可以通過(guò)放大器的噪聲指標(biāo)來(lái)計(jì)算：

其中: en表示折合到輸人端的電壓噪聲 in表示折合到輸人端的電流噪聲

圖1給出的是1 KHz下，多種ADI工高壓(最高44 V)運(yùn)算放大器的電壓噪聲密度對(duì)與RS, OP關(guān)系的比較，1 kHz。斜線顯示了與電阻相關(guān)的約翰遜噪聲。

圖1. ADI的放大器噪聲坐標(biāo)圖

根據(jù)運(yùn)算放大器數(shù)據(jù)手冊(cè)中的數(shù)據(jù)，可以為某個(gè)選定頻率制作類(lèi)似的曲線圖。例如，AD8599的折合到輸人端的電壓噪聲約為1.07 nV/√Hz，折合到輸人端的電流噪聲為2.3 pA/√Hz(1 kHz)。其Rs,op值約為465 S2(1 kHz)。另外，需要注意以下幾點(diǎn)：

與該器件相關(guān)的約翰遜噪聲等效于約為69.6 Ω的源電阻 (見(jiàn)圖1)；

對(duì)于超過(guò)465 Ω的源電阻，放大器電流噪聲產(chǎn)生的噪聲電壓會(huì)超過(guò)源電阻產(chǎn)生的噪聲電壓;放大器的電流噪聲成為主要噪聲源。

若欲使用該圖(見(jiàn)圖2)，請(qǐng)執(zhí)行第1至第4步。

通常情況下，源電阻是已知的(如傳感器阻抗)。如果不知道電阻值，則根據(jù)周?chē)幕蚯岸说碾娐菲骷M(jìn)行計(jì)算；

在約翰遜噪聲線上確定給定源電阻的位置，如1 kΩ；

從第2步確定的點(diǎn)向坐標(biāo)圖右側(cè)畫(huà)一條水平線；

從第2步確定的點(diǎn)向左下方畫(huà)一條直線線。斜率為，每下降10倍電壓噪聲則下降10倍電阻。

圖2. 為低噪聲設(shè)計(jì)選擇運(yùn)算放大器

位于線條右下方的放大器均為適用于目標(biāo)設(shè)計(jì)的優(yōu)質(zhì)低噪聲運(yùn)算放大器，如圖2陰影部分所示。

敲黑板！重點(diǎn)來(lái)了！ 在針對(duì)低噪聲設(shè)計(jì)評(píng)估放大器噪聲性能時(shí)，應(yīng)考慮所有潛在噪聲源。 運(yùn)算放大器的主要噪聲貢獻(xiàn)取決于源電阻，具體如下:

Rs > > Rs, op；折合到輸人端的電流噪聲占優(yōu)勢(shì)

Rs = Rs, op；放大器噪聲可忽略;電阻噪聲占優(yōu)勢(shì)

Rs ＜＜Rs, op；折合到輸人端的電壓噪聲占優(yōu)勢(shì)

概括而言，可通過(guò)以下方式減少或消除干擾信號(hào):

良好的布線技術(shù)，以減少寄生效應(yīng)

良好的接地技術(shù)，如數(shù)字接地和模擬接地的隔離

良好的屏蔽

對(duì)于電阻性噪聲源，請(qǐng)遵循以下規(guī)則:

根據(jù)應(yīng)用的需要來(lái)限制帶寬

盡可能降低電阻值

使用低噪聲電阻，如采用大金屬薄片、線繞式和金屬薄膜技術(shù)的電阻

盡可能減少電阻性噪聲源的數(shù)量

責(zé)任編輯：lq