不可不知的運(yùn)算放大器的噪聲

1 為何最近又強(qiáng)調(diào)低噪聲放大問題?

　　低噪聲放大的部分問題與信噪比(SNR)有關(guān)。

　　2 我們談?wù)摰?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/噪聲">噪聲究竟是哪一種?

　　這種噪聲是放大器本身固有的，或者由相應(yīng)的無源器件所產(chǎn)生并放大的。

　　外部噪聲則是系統(tǒng)級(jí)的問題。

　　3 這種噪聲的來源是什么?

　　熱噪聲來源于輸入和反饋電阻(e n，R2)、放大器的固有電壓噪聲(e n)和電流噪聲(i n)(圖1)。如圖1所示，折合到輸入端的噪聲方程(N o i s e R T I)顯示了所有的噪聲源的貢獻(xiàn)。表達(dá)式的電阻噪聲中的“k”因子是波爾茲曼常數(shù)。T是絕對(duì)溫度、R是以歐姆為單位的電阻。一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則是，1kΩ的電阻在室溫下產(chǎn)生的噪聲為4nV/ Hz，這比某些現(xiàn)代運(yùn)放的噪聲還高。

　　4 如何表示噪聲?

　　為了讓所有的噪聲源能夠以先平方和再求平方根的方式簡(jiǎn)單地組合起來，基帶噪聲指標(biāo)以nV(或者pA)/ Hz來表示。只要噪聲源是不相關(guān)的，這一表示就是可行的，于是在整個(gè)頻譜上，出現(xiàn)任何給定的信號(hào)幅值的概率滿足正態(tài)(高斯)分布。

　　5 噪聲在所有的頻率上并非真正是恒定?

　　的確不是。e n和i n有兩個(gè)分量( 圖2a)：低頻的“1/f”噪聲，其頻譜密度隨著頻率降低而以3dB/倍頻程的速率上升，具有分布在更高頻率上平坦化頻譜分布的“白”噪聲。對(duì)于1/f噪聲有著重要影響的應(yīng)用來說，在產(chǎn)品手冊(cè)中可找到有限帶寬上的峰-峰值噪聲指標(biāo)，例如0.1~10Hz(圖2b)。

　　6 什么是“拐角”頻率?它為何具有重要性?

　　1/f噪聲的頻譜密度等于白噪聲的頻率點(diǎn)被稱為1/f拐角頻率(F C)。它可以通過延長(zhǎng)噪聲圖線的1/f和白噪聲部分，得到其交點(diǎn)來確定。它是一個(gè)重要的優(yōu)值。此外，電壓和電流噪聲的1/f拐角頻率不一定相同。不過一般來說只規(guī)定電壓噪聲。

　　7　在選用低噪聲放大器的過程中，應(yīng)該如何利用這一信息?

　　考慮所感興趣的頻帶，把頻帶內(nèi)的rms噪聲與你的系統(tǒng)要求聯(lián)系起來。

　　由于噪聲是以頻率的平方根來表示的，各種噪聲的貢獻(xiàn)可以通過將各噪聲的平方求和后再求平方根來計(jì)算。

　　于是，在帶寬F L~F H內(nèi)，總的r m s電壓噪聲en,rms可以簡(jiǎn)單表示為：