高精度低噪聲濾波電路設計

　　TI 高精度設計是由TI 模擬產(chǎn)品專家創(chuàng)建的模擬解決方案。經(jīng)驗證的設計提供理論分析、器件選型、完整的印刷電路板（PCB）、可使用電路經(jīng)測試過的性能。還討論了滿足可替代設計目標的電路修改。這個電路被設計為將低頻噪聲（0.1Hz 至10Hz）放大至可由示波器輕松測量的電平幅度。它采用一個0.1Hz二階的高通濾波器和一個10Hz四階的低通濾波器來實現(xiàn)這個功能。0.1Hz至10Hz 噪聲測量是放大器數(shù)據(jù)手冊中常見的關鍵參數(shù)。這個設計用于簡化0.1Hz 至10Hz 噪聲測量，常用于不同封裝類型的運算放大器。

　　設計總結此設計要求如下：電源電壓：+/-15V 直流，或+/-2.5V 直流•輸入：噪聲（nV） ，由放大器確定準確的幅度輸出：噪聲（mV） ，大到能在示波器上讀出來•總增益：100dB，100，000V/V，濾波器增益：40dB，100V/VTable 1中總結了設計目標和性能。圖示了此設計電路測試到濾波器的響應。

　　工作原理：這個電路的目的是將低頻噪聲放大至可被典型示波器測量到的電平幅度這個測量值是放大器數(shù)據(jù)手冊中的常見關鍵參數(shù)。這些測量中采用的標準帶寬為0.1Hz 至10Hz。很多高精度放大器大概有參考于輸入噪聲為100nVpp數(shù)量級的總噪聲。這個電路的增益將設計為使得輸出到示波器輸入端的信號在10mVpp 或更大的值。請注意，當直接用BNC接頭連接時，很多示波器分辨率可達到1mV/格的顯示精度。此測試器件（DUT） 處于高增益工作狀態(tài)，此時它是主要的噪聲源，而級聯(lián)濾波器電路內(nèi)的噪聲不是很明顯。這個級聯(lián)濾波器的目的是為了具有低噪聲、精確的濾波器截止頻率和精確的增益。低頻噪聲規(guī)格總是以DUT等效的輸入噪聲為參考。示波器測得的噪聲為10mVpp。通過用輸出噪聲除以總增益計算得到RTI噪聲。在這個示例中，總增益為100，000 （10 x 1，000），所以用輸出噪聲除以總增益得到RTI噪聲（Vn-RTI = 10mV / 100，000 = 100nVpp）。

　　中顯示這個設計電路更完整的原理圖。第一級是在測試器件（DUT）。在這個器件上配有插槽以實現(xiàn)不同封裝器件的輕松測試。跟隨DUT 的三個級聯(lián)電路組成一個0.1Hz（二階）至10Hz（四階）帶通濾波器。目的是將OPA827 上的低頻電壓噪聲放大至可由示波器容易讀出的電平幅度。0.1Hz 至10Hz 的帶寬選擇是一個業(yè)界標準。

　　第一級–DUT這個電路的用途是測量運算放大器的低頻噪聲。第一級是我們希望測試的運算放大器，被稱為測試器件（DUT）。如所示，DUT 是一個高增益（1000x）電路以確保其噪聲是整個電路的主要噪聲源，跟隨的后級運放電路噪聲可忽略。設置增益的并聯(lián)電阻組合被選擇為最大限度地減少電阻熱噪聲（Req = 100kΩ || 100Ω = 99.9Ω）。顯示電阻和熱噪聲之間的關系。在這個電路中，由等效電阻Req = 99.9Ω產(chǎn)生的噪聲大約為1.1nV。

　　第二級是一個增益為10 的高通濾波器。德州儀器（TI） 公司的軟件工具Filter-pro™ 可用來設計此類型濾波器?？蛇x擇一個二階的Butterworth，Sallen-Key，高通濾波器等濾波器選用最大平坦幅度的Butterworth 頻率響應Sallen-Key 拓撲結構被使用，這是因為它產(chǎn)生更多合理的器件值；也就是說，電容和電阻在可用的范圍內(nèi)，以選用低成本高精度器件。

　　第三級是增益為10 的10Hz 低通濾波器。此濾波器為一個二階Butterworth 多反饋高通濾波器。Butterworth 頻率響應被選為最大平坦幅度。多反饋拓撲結構被使用，這是因為它產(chǎn)生更多合理的器件值；也就是說，電容和電阻在可用的范圍內(nèi)，以選用低成本高精度器件。

　　第四級是一個增益為1 的10Hz 低通濾波器。它與第三級相似，但是增益為1。第三級和第四級的目標是創(chuàng)建一個4th階低通濾波器。此濾波器被設計為一個二階，Butterworth，多反饋，高通濾波器。Butterworth 頻率響應被設計為最大平坦幅度。多反饋拓撲結構被使用，這是因為它產(chǎn)生更多合理的器件值；比如說，電容和電阻可選用有效的參數(shù)值，以實現(xiàn)低成本高精度器件選型。