低噪聲放大器選擇
2004年10月A版
低噪聲放大器的研發(fā)會(huì)促進(jìn)RF/無(wú)線應(yīng)用的發(fā)展。而對(duì)于較低頻率的模擬應(yīng)用(如緩沖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,放大應(yīng)變片信號(hào),前置放大麥克風(fēng)輸出),噪聲也是一個(gè)關(guān)鍵考慮因素。在選擇放大器前,工程技術(shù)人員首先必須了解噪聲參量,以確定放大器是否為低噪聲。另外,了解IC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(雙極型,JFET輸入或CMOS輸入型)對(duì)于決定噪聲參量也是完全必要的。
噪聲參量
盡管有很多參量用來(lái)標(biāo)定放大器的噪聲性能,但兩個(gè)最重要的參量是電壓噪聲和電流噪聲。電壓噪聲定義為放大器輸入短路、無(wú)其他噪聲輸入時(shí)的電壓起伏。電流噪聲定義為放大器輸入開(kāi)路、無(wú)其他噪聲時(shí)輸入端的電流起伏。
圖1 典型的電壓噪聲密度與頻率關(guān)系曲線,它依賴(lài)于兩個(gè)主要的噪聲分量：閃爍噪聲和散粒噪聲。閃爍噪聲或1/f噪聲與頻率成反比,在頻率低于200Hz 時(shí)它是主要的噪聲源
圖2 放大器電路的源阻抗是主要的噪聲源。隨著源阻抗的增大,電流噪聲成為噪聲中的主導(dǎo)成份
圖1示出電壓噪聲密度與頻率的關(guān)系曲線。噪聲曲線依賴(lài)于兩個(gè)主要的噪聲分量：閃爍噪聲和散粒噪聲。閃爍噪聲是所有線**件固有的隨機(jī)噪聲,它也稱(chēng)之為1/f噪聲,其幅度與頻率成反比。在頻率低于200Hz時(shí),閃爍噪聲通常是主要的噪聲源。1/f角頻率是高于噪聲幅度趨于平坦并與頻率無(wú)關(guān)時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率。正向偏置pn結(jié)的電流起伏所引起的散粒噪聲(白噪聲)會(huì)出現(xiàn)在此頻率范圍。注意,電壓噪聲的1/f角頻率與電流噪聲的1/f角頻率可能是不同的。
放大器電路的總噪聲依賴(lài)于所選放大器、 電路阻抗、增益、電路帶寬和環(huán)境溫度。來(lái)自電路外部電阻器的熱噪聲也是總噪聲計(jì)算的一部分。圖2示出放大器和有關(guān)噪聲分量的實(shí)例。
對(duì)于給定頻率,運(yùn)放總輸入噪聲的標(biāo)準(zhǔn)表示式為：
(1)
其中Rn為反相輸入端等效串聯(lián)電阻,Rp為同相輸入端等效串聯(lián)電阻,en為給定頻率的輸入電壓噪聲密度,in為給定頻率處的輸入電流噪聲密度,T為環(huán)境溫度(ok),k為波耳茲曼常數(shù)(1.28×10-23J/oK)。
圖3 CMOS輸入低噪聲放大器具有與高輸入阻抗相關(guān)聯(lián)的非常低的輸偏置電流和失調(diào)電壓,使得這種放大器特別適合于高阻抗源的信號(hào)調(diào)理(如光電二極管前置放大器)
圖4 低噪聲性能和低輸入偏置電流,使CMOS輸入放大器成為緩沖16位DAC輸出的理想選擇
