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放大器的噪声基础知识

放大器的噪声基础知识

大器的噪声基础知识
IC
的噪声有两种类型:一种是外部噪声,来源于IC外部;另一种是内部噪声,来源于器件本身。
外部噪声
一些工程师认为外部噪声不应该被称为噪声,因为它不是随机产生的,使用干扰一词也许更恰当。首先,简单谈谈三种外部噪声的主要来源:
RFI
耦合
环境中充斥着各种电磁波,虽然这些射频干扰信号通常在目标带宽以外,但器件的非线性有时会调整这些信号,将其带入目标区域中。特别是连接传感器的引线较长时,噪声一般会从输入引线进入电路。
抑制射频干扰的办法包括:输入端滤波、屏蔽和采用双绞线输入。
电源噪声
电子电路抑制电源线信号的能力有限,尤其是频率较高时,因此必须先消除电源线上的高频干扰,使其无法到达低噪声电路。可以对电源进行适当滤波以及IC本身采取良好的旁路措施来实现。敏感模拟电路与数字逻辑应采用不同的电源,至少应深度滤波。
接地环路
我们经常可以从原理图上看到很多的接地符号,但必须注意,在实际电路中任何两点的电位都不可能完全相等,电流会流经地线,从而产生电位差。必须考虑电流如何流动,并将高电流路径与敏感电路隔离。例如,实用新型接地配置,或者将模拟地层与数字地层接在一个点上。
内部噪声
内部噪声来源于信号链中的电路元件,IC数据手册中相关的性能规格就是针对这种噪声。典型的内部噪声源包括传感器、电阻、放大器和模数转换器。
电阻噪声
电阻噪声分为两类:一是内部热噪声,这种噪声与电阻构造无关,仅取决于总电阻、温度和带宽,它与所施加的信号无关;二是附加电流噪声,通常被称为过量噪声,它取决于电阻的构造,与热噪声不同,电阻电流噪声与所施加的电压有关。薄膜电阻和绕线电阻具有出色的电流噪声性能,其噪声主要是内部热噪声。炭核电阻则不然,一般认为其噪声性能较差,在之后的讨论中我们将假设在低噪声设计中使用高质量薄膜电阻,因此可以忽略电流噪声,只专注于热噪声。
放大器噪声
1所示为放大器噪声模型。放大器噪声分为两类:一种是电压噪声(VX),另一种是电流噪声(IX)。在实际电路中,放大器由许多晶体管组成,所有这些晶体管都有噪声。幸运的是,所有晶体管的噪声都可以折合到放大器的输入端。
模数转换器(ADC)噪声
有时候模数转换器(ADC)数据手册以VrmsVP-P的形式提供噪声特性,但大多数情况下,该特性用噪声相对于ADC最大满量程的关系来表示,规定为信噪比(SNR)。数据手册中的噪声指标,偶尔也包括失真特性及信纳比。紧急情况下,可以使用文中提供的理想公式,但这是理论限值,永远比实际值要好。低噪声系统的设计技巧
低噪声系统设计的第一个窍门是在前级应用中尽可能多的增益,
一个放大器前端放大器噪声问题问答
问: 放大器的内部噪音如何进行精确测量?它和哪些因素有关?在测试时需要注意那些问题?
答:对于放大器的噪声的测量,一般来讲就是把放大器的输入接0,输出经过一个低通滤波器,然后用高精度的ADC来采样做FFT,或者用示波器看输出的情况。
问:在判断放大器的性能时,主要应参考哪儿个噪声参数呢?
答:要考虑传感器、电阻、放大器和ADC的各个噪音参数。
问:用运放设计放大器时,如何估算其输入输出阻抗?
答:通常,对于运放器件,我们认为其输入阻抗无穷大,输出阻抗为0(可以参考具体型号的数据手册来查询具体的数值)。所以电路的输入输出阻抗可以基于这个条件来计算。
问:如何降低器件的内部噪声以及削弱外部噪声?
答:器件的内部噪声改变不了,可以通过选择外部的带宽来**外部的噪声。
问:LC电路滤波与运算放大器电路滤波各有什么特点,各用在哪些场合?
答: LC滤波简单,但是滤波的效果不如有源的那么理想。而且有源滤波可以对信号同时进行放大,而无源的做不到这点。
问:ADC的量化噪音如何考虑?
答:量化噪声是理论上存在的,是无法去除的,这也是理论信噪比6.02N+1.76的来源。
问:如何测量噪声才最准确,不会引入测量噪声呢?
答:如果想得到最准确的噪音,要利用均方根值测量方法。这样的方法会将所有的噪音都计算在内,但是缺点是测量时间较长,数据量大。
问:如何通过单点接地或者多点接地来消除噪声,它们有什么区别?
答:单点接地指的是只在芯片电源脚处将地接在一块,这是为了防止数字电源的地回流影响模拟电路的地,也会用在模拟数字芯片在一块板子上的情况下,因为两个地必须最终连在一起,所以一般选在模拟和数字地的交界处。多点接地指的是芯片的接地脚应采用就近接地,不需要引很长的线再接到地上。
问:A/D转换器的模拟地和数字地如何分割才能更好的降低噪声?
答:关于模拟地与数字地是否需要分割的问题,业界没有定论。有的就是一个地平面,有的则分为两个区域在ADC下面用短线连接,方法多样。要注意模拟和数字部分器件尽量分开,保持一定距离,模拟信号和数字信号不要交叉走线,电源的滤波电容要尽量靠近芯片。
增益为10。可以看出,将所有增益应用于第一级,比将增益分布于两级要好得多。请注意,有时最佳带宽性能的要求可能与最佳噪声性能的要求相冲突。对于带宽,我们希望每个增益级具有近似的增益,而对于噪声,我们则希望第一级具有全部的增益。
第二个窍门是注意源阻抗。这样做有两个原因:第一,源阻抗越大,则系统噪声越大;第二,放大器必须与源阻抗匹配良好,如果源阻抗较高,电流噪声噪声特性可能比电压噪声特性更重要。
第三个窍门是要注意反馈电阻,如果选择超低噪声运算放大器,却使用很大的反馈电阻,则不可能实现低噪声电路,在同相或反相配置中,注意反馈电阻相当于折合到输出端的噪声源。而其他电阻则相当于输入端的电压源,更准确的说,是反相配置输入端的电压源。前文已经谈到,设计低噪声系统时,第一级应用有高增益,这种情况下Rg噪声占主导地位。
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放大器1.JPG
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