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噪音放大器原理及基礎知識問答

作者: 時間:2012-08-03 來源:網(wǎng)絡 收藏

這里的公式顯示ADC的SNR數(shù)值與Vrms數(shù)值之間的換算關系,以便比較ADC與放大器的噪聲。有一點必須注意,要確保使用ADC最大輸入范圍內的均方根噪聲。

峰峰值噪聲和RMS噪聲

峰峰值噪聲Vrms指波形中波峰與波谷點之間的距離,它僅取決于兩個點,有利也有弊。有利的一面是非常容易計算,只需將最大點減去最小點;不利的一面是復驗性不強,不太精確。噪聲是一個隨機過程,因此,這種測量實際上依賴于噪聲波形的極值。采集數(shù)據(jù)的時間越長,則越有可能獲得極值。均方根值噪聲使用波形中的所有點,比峰峰值噪聲精確得多,測量的點越多,均方根數(shù)值越精確。不利的一面是,由于要使用所有點,因此計算時間較長。

關于峰峰值和均方根值測量有一點需要注意,它們會隨帶寬發(fā)生較大變化,對于同一放大器,帶寬越低,噪聲也越低。圖4清楚顯示了這一點。實驗中,我們測量了儀表放大器AD8222在多個不同帶寬時的噪聲,可以清楚的看到帶寬對于噪聲的影響之大。帶寬每提高十倍,噪聲增加三倍。由于這些測量依賴于帶寬,因此有幾點需要注意:首先,需要了解電路的帶寬特性,需要確保測量儀器的帶寬高于電路的帶寬,只有這樣,才能獲得精確的讀數(shù)。此外,使用數(shù)字萬用表時,規(guī)定均方根值噪聲或峰峰值噪聲時,同時必須明確特定的帶寬。對于絕大多數(shù)數(shù)據(jù)手冊,帶寬為0.1Hz至10Hz頻帶。


圖4 AD8222在多個不同帶寬時的噪聲

頻譜密度圖使均方根測量更進一步,它實際上是將噪聲測量分為不同的區(qū)間,這樣便可以明確哪些頻率具有較多的噪聲成分。圖5來自AD8295數(shù)據(jù)手冊,顯示了許多測量的平均組合值。由于頻譜密度圖將測量分為許多區(qū)間,因此需要大量的數(shù)據(jù)才能獲得一張清晰的圖。

圖5 AD8295的頻譜密度圖

在較低頻率時,大多數(shù)放大器的噪聲曲線會斜升,噪聲密度與頻率成反比,因此將它稱為1/f噪聲。如果沿1/f斜率畫一條直線,與水平噪聲線相交,就可以得到1/f轉折頻率。

噪聲計算

噪聲的加法規(guī)則為噪聲的平方和,假設噪聲源不相關,這一假設在絕大多數(shù)情況下是成立的,噪聲的乘法和除法規(guī)則與一般信號相同。

第一,在噪聲計算時,有幾點需要注意:室溫下,1kΩ電阻對應于的噪聲,這一速算公式可以方便地應用于其他電阻值,只需乘以電阻的平方根。

第二,在對信號源求和時,可以忽略較小的項。噪聲加法規(guī)則為平方和,如果一個噪聲信號只有主導噪聲信號的1/5,則其貢獻的額外噪聲只有1/25。

第三點是對第一點的擴展,如果第一增益級的增益足夠大,則可以忽略其后的一切噪聲。

低噪聲系統(tǒng)的設計技巧

低噪聲系統(tǒng)設計的第一個竅門是在前級應用中盡可能多的增益,圖6顯示的是一個放大器前端的兩個例子,增益為10??梢钥闯?,將所有增益應用于第一級,比將增益分布于兩級要好得多。請注意,有時最佳帶寬性能的要求可能與最佳噪聲性能的要求相沖突。對于帶寬,我們希望每個增益級具有近似的增益,而對于噪聲,我們則希望第一級具有全部的增益。



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