评估低噪声应用的放大器性能时要考虑的因素之一是噪声。
本文简要讨论了为低噪声设计选择最佳放大器所涉及的权衡。
如果以一定的源电阻驱动运算放大器,则等效噪声输入等于以下平方和的平方根:放大器的电压噪声;源电阻产生的电压;放大器电流噪声流经源阻抗电压。
如果源电阻很小,则源电阻产生的噪声和放大器的电流噪声对总噪声的影响很小。
在这种情况下,输入端的噪声实际上只是运算放大器的电压噪声。
如果源电阻很大,则源电阻的Johnson噪声可能比运算放大器的电压噪声和电流噪声产生的电压高得多。
但需要注意的是,由于约翰逊噪声仅随电阻的平方根增加,并且受电流噪声影响的噪声电压与输入阻抗成正比,因此,如果输入阻抗值足够高,则放大器的电流噪声将成为主导。
当放大器的电压和电流噪声足够高时,在任何输入电阻值下,约翰逊噪声都不会占主导地位。
如果放大器的噪声贡献相对于源电阻而言可忽略不计,则可以通过运算放大器的品质因数Rs,op进行选择。
这可以通过放大器的噪声指数来计算:其中:en代表输入端的电压噪声in代表输入端的电流噪声图1显示了各种ADI高压(最高44 V)在1 KHz时比较运算放大器的电压噪声密度与RS,OP,1 kHz之间的关系。
对角线显示与电阻相关的约翰逊噪声。
图1. ADI的放大器噪声图。
根据运算放大器数据手册中的数据,可以为所选频率制作相似的图表。
例如,以输入端子为基准的AD8599的电压噪声约为1.07 nV /√Hz,以输入端子为基准的电流噪声为2.3 pA /√Hz(1 kHz)。
其Rs,op值约为465 S2(1 kHz)。
此外,还要注意以下几点:与该设备相关的约翰逊噪声等效于大约69.6Ω的源电阻(见图1)。
对于超过465Ω的源电阻,放大器电流噪声产生的噪声电压将超过源电阻。
放大器的当前噪声成为主要噪声源。
如果要使用此图(请参见图2),请执行步骤1至4。
通常,源电阻是已知的(例如传感器阻抗)。
如果电阻值未知,则根据周围或前端电路组件进行计算;确定给定源电阻在Johnson噪声线上的位置,例如1kΩ。
从步骤2中确定的点到图的右边画一条水平线;从步骤2中确定的点到左下方画一条直线。
斜率是每10倍电压噪声下降10倍电阻。
图2.选择用于低噪声设计的运算放大器。
该行右下角的放大器都是适合目标设计的高质量低噪声运算放大器,如图2阴影部分所示。
敲敲黑板!这就是重点!在评估低噪声设计的放大器噪声性能时,应考虑所有潜在噪声源。
运算放大器的主要噪声贡献取决于源电阻,如下所示: Rs,op;参考输入端子的电流噪声占主导地位Rs = Rs,op;放大器的噪声可以忽略不计;电阻噪声占Rs << Rs,op;输入端的电压噪声占主导地位。
总之,可以通过以下方法减少或消除干扰信号:良好的接线技术以减少寄生效应良好的接地技术,例如数字接地和模拟接地隔离良好的屏蔽对于电阻性噪声源,请遵循以下规则:根据应用需求,限制带宽并尽可能降低电阻值。
使用低噪声电阻器,例如使用大型金属板,绕线和金属膜技术的电阻器以最大程度地减小电阻。
原文摘自Analog Devices关于Excelpoint,它是亚太地区领先的组件授权代理商,Excelpoint是完整的解决方案提供商,为包括原始设备制造商(OEM)在内的亚洲电子制造商提供