低噪聲設計,如何選擇放大器

2021-02-15 亞德諾半導體

當針對低噪聲應用評估放大器的性能時，考慮因素之一是噪聲，包括內部噪聲和外部噪聲，這兩種噪聲咱們已做過詳細介紹（點擊藍色字體即可查看），今天我們就談談在為低噪聲設計時如何選擇一款最佳的放大器。

如果驅動一個帶有一定源電阻的運算放大器，等效噪聲輸人則等於以下各項平方和的平方根：

放大器的電壓噪聲

源電阻產生的電壓

以及流過源阻抗的放大器電流噪聲所產生的電壓

如果源電阻很小，則源電阻產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，源電阻的詹森噪聲可能遠高於運算放大器的電壓噪聲和由電流噪聲產生的電壓。但需要注意，由於詹森噪聲僅隨電阻的平方根而增長，而受電流噪聲影響的噪聲電壓與輸人阻抗成正比關係，因而對於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，在任何輸人電阻值情況下，詹森噪聲都不會是主導。

如果某個放大器的噪聲貢獻相對於源電阻可以忽略不計，則可通過運算放大器的品質因數 Rs, op 來進行選擇。這可以通過放大器的噪聲指標來計算：

其中：

圖1給出的是1 KHz下，多種AD工高壓（最高44 V）運算放大器的電壓噪聲密度對與 Rs, op 關係的比較，1KHz斜線顯示了與電阻相關的詹森噪聲。

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，可以為某個選定頻率製作類似的曲線圖。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465Ω(1 kHz)。

另外，需要注意以下幾點：

若欲使用該圖（見圖2），請執行第1至第4步。

❶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，則根據周圍的或前端的電路器件進行計算。

❷在詹森噪聲線上確定給定源電阻的位置，如1 kΩ。

❸從第2步確定的點向坐標圖右側畫一條水平線。

❹從第2步確定的點向左下方畫一條直線。斜率為每下降10倍電壓噪聲則下降10倍電阻。

圖2. 為低噪聲設計選擇運算放大器

位於線條右下方的放大器均為適用於目標設計的優質低噪聲運算放大器，如圖2陰影部分所示。在圖2所示例子中，適用於目標設計的優質產品有：AD8597、AD8599、AD797、ADA4004一4、OP270、OP27/OP37,  AD743/AD745和OP184。

在針對低噪聲設計評估放大器噪聲性能時，應考慮所有潛在噪聲源。

Rs ＞＞Rs, op，折合到輸人端的電流噪聲佔優勢；

Rs = Rs, op，放大器噪聲可忽略；電阻噪聲佔優勢；

Rs ＜＜ Rs, op，折合到輸人端的電壓噪聲佔優勢。

良好的布線技術，以減少寄生效應；

良好的接地技術，如數字接地和模擬接地的隔離；

良好的屏蔽。

本文摘自ADI應用筆記《最佳噪聲性能：低噪聲放大器選擇指南》，點擊「閱讀原文」可查看完整文檔

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