當(dāng)針對低噪聲應(yīng)用評估放大器的性能時，考慮因素之一是噪聲，今天我們簡要探討在為低噪聲設(shè)計選擇最佳放大器時涉及到的權(quán)衡問題。

如果驅(qū)動一個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(yuǎn)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，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(dǎo)。當(dāng)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，約翰遜噪聲都不會是主導(dǎo)。

如果某個放大器的噪聲貢獻(xiàn)相對于源電阻可以忽略不計，則可通過運算放大器的品質(zhì)因數(shù)R_{s, op}來進(jìn)行選擇。這可以通過放大器的噪聲指標(biāo)來計算:

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R_{S, OP}關(guān)系的比較，1 kHz。斜線顯示了與電阻相關(guān)的約翰遜噪聲。

圖1. ADI的放大器噪聲坐標(biāo)圖

根據(jù)運算放大器數(shù)據(jù)手冊中的數(shù)據(jù)，可以為某個選定頻率制作類似的曲線圖。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R_s,op值約為465 S2(1 kHz)。另外，需要注意以下幾點:

• 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 (見圖1)；

• 對于超過465 Ω的源電阻，放大器電流噪聲產(chǎn)生的噪聲電壓會超過源電阻產(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(見圖2)，請執(zhí)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(jù)周圍的或前端的電路器件進(jìn)行計算；

2. 在約翰遜噪聲線上確定給定源電阻的位置，如1 kΩ；

3. 從第2步確定的點向坐標(biāo)圖右側(cè)畫一條水平線；

4. 從第2步確定的點向左下方畫一條直線線。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(shè)計選擇運算放大器

位于線條右下方的放大器均為適用于目標(biāo)設(shè)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！重點來了！

在針對低噪聲設(shè)計評估放大器噪聲性能時，應(yīng)考慮所有潛在噪聲源。

運算放大器的主要噪聲貢獻(xiàn)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，可通過以下方式減少或消除干擾信號:

• 良好的布線技術(shù)，以減少寄生效應(yīng)

• 良好的接地技術(shù)，如數(shù)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(guī)則:

• 根據(jù)應(yīng)用的需要來限制帶寬

• 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(shù)量