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使運算放大器的噪聲性能與ADC相匹配

作者: 時間:2010-04-15 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

放大器說明書包含了一個典型的規(guī)范圖表,其顯示了輸入電壓噪聲密度與頻率的對應(yīng)關(guān)系。圖2就是這類圖表的一個例子。在本例中,輸入電壓噪聲規(guī)范就是輸入電壓(即0.1Hz至10 Hz規(guī)定頻率之間的噪聲密度曲線)以下的區(qū)域。需要注意的是,該規(guī)范的單位為峰至峰值。為了將其轉(zhuǎn)換為一個rms值,只需將峰至峰值除6.6(業(yè)界標準峰值因數(shù) [CF]=3.3)即可。

表1包含了用于將rms轉(zhuǎn)換為峰至峰值(反之亦然)的典型CF值。為了估計峰至峰輸出噪聲電壓,我們將rms輸出電壓乘以2CF。為了估計峰至峰輸出比特,可從rms規(guī)范中減去比特峰值因數(shù)(BCF)。

表1用于將rms轉(zhuǎn)換為峰至峰的峰值因數(shù)和比特峰值因數(shù)值

將rms轉(zhuǎn)換為峰至峰的峰值因數(shù)和比特峰值因數(shù)值

*業(yè)界標準的峰值因數(shù)

如圖2,我們可以非常容易地計算出中曲線以下部分,1/f區(qū)域中不同輸入電壓噪聲帶寬的噪聲。在這一計算過程中,首先要確定1 Hz時的輸入噪聲密度。一旦我們得出該值,下面簡單的公式便會給出曲線以下的rms噪聲。

其中,C等于1 Hz時的輸入噪聲密度。

作為一個例子,圖2中放大器所產(chǎn)生的0.1Hz到6000 Hz的rms噪聲量為:

利用這一計算,以及放大器噪聲增益G=1時,對于1/f噪聲在放大器輸出端的SNR為:

我們在考慮這些低頻噪聲的時候,可能會立即得出這樣的結(jié)論:我們應(yīng)該將這種公式用到非常低的頻率中,例如:0.0001Hz (0.0001Hz=每2.8小時1個周期)。但是,在低于0.1 Hz的頻率下,則每10秒鐘一個周期,在電路中極有可能會出現(xiàn)其他情況,例如:溫度、老化程度或組件壽命等發(fā)生變化。實際上,來自放大器的低頻噪聲可能不會出現(xiàn)在這種采樣速度下,但是電路中可能會出現(xiàn)一些變化(例如:溫度或者電源電壓等的變化)。

放大器規(guī)范表(請參見圖2)還給出了輸入噪聲密度值。該規(guī)范始終工作在較高的頻率下,即在輸入電壓噪聲相對穩(wěn)定的區(qū)域中。就這一曲線區(qū)域而言,乘以帶寬的平方根和噪聲密度使噪聲穿過該帶寬。例如,如果放大器噪聲在10 kHz下為 ,那么6 kHz到100 kHz帶寬的放大器噪聲則為:

其中,BW等于相關(guān)帶寬。

那么,我們?nèi)绾螐膹S商的圖表中得到一個RTO噪聲值呢?我們可以計算出噪聲曲線以下部分的面積,然后乘以放大器的噪聲增益。本例中,電路的噪聲增益為+1 V/V。我們首先確定放大器在兩個區(qū)域中的噪聲,然后使用平方和的平方根將這兩個值加起來。圖3顯示了進行這一計算的公式,并闡明了這兩個區(qū)域。



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