【導讀】當針對低噪聲應用評估放大器的性能時(shí)，考慮因素之一是噪聲，本文簡(jiǎn)要探討在為低噪聲設計選擇最佳放大器時(shí)涉及到的權衡問(wèn)題。
如果驅動(dòng)一個(gè)帶有一定源電阻的運算放大器，等效噪聲輸人則等于以下各項平方和的平方根：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高于運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(cháng)，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。當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。
如果某個(gè)放大器的噪聲貢獻相對于源電阻可以忽略不計，則可通過(guò)運算放大器的品質(zhì)因數Rs, op來(lái)進(jìn)行選擇。這可以通過(guò)放大器的噪聲指標來(lái)計算：
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)運算放大器的電壓噪聲密度對與RS, OP關(guān)系的比較，1 kHz。斜線(xiàn)顯示了與電阻相關(guān)的約翰遜噪聲。
圖1. ADI的放大器噪聲坐標圖
根據運算放大器數據手冊中的數據，可以為某個(gè)選定頻率制作類(lèi)似的曲線(xiàn)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)，請執行第1至第4步。
1. 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，則根據周?chē)幕蚯岸说碾娐菲骷M(jìn)行計算；
2. 在約翰遜噪聲線(xiàn)上確定給定源電阻的位置，如1 kΩ；
3. 從第2步確定的點(diǎn)向坐標圖右側畫(huà)一條水平線(xiàn)；
4. 從第2步確定的點(diǎn)向左下方畫(huà)一條直線(xiàn)線(xiàn)。斜率為，每下降10倍電壓噪聲則下降10倍電阻。
圖2. 為低噪聲設計選擇運算放大器
位于線(xiàn)條右下方的放大器均為適用于目標設計的優(yōu)質(zhì)低噪聲運算放大器，如圖2陰影部分所示。
敲黑板！重點(diǎn)來(lái)了！
在針對低噪聲設計評估放大器噪聲性能時(shí)，應考慮所有潛在噪聲源。
運算放大器的主要噪聲貢獻取決于源電阻，具體如下:
○ Rs > > Rs, op；折合到輸人端的電流噪聲占優(yōu)勢
○ Rs = Rs, op；放大器噪聲可忽略;電阻噪聲占優(yōu)勢
○ Rs ＜＜Rs, op；折合到輸人端的電壓噪聲占優(yōu)勢
概括而言，可通過(guò)以下方式減少或消除干擾信號:
○ 良好的布線(xiàn)技術(shù)，以減少寄生效應
○ 良好的接地技術(shù)，如數字接地和模擬接地的隔離
○ 良好的屏蔽
對于電阻性噪聲源，請遵循以下規則:
○ 根據應用的需要來(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(xiàn)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量
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