噪音放大器原理及知識(shí)問(wèn)答
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時(shí)間：2010-07-05
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這里的公式顯示ADC的SNR數(shù)值與Vrms數(shù)值之間的換算關(guān)系，以便比較ADC與放大器的噪聲。有一點(diǎn)必須注意，要確保使用ADC最大輸入范圍內(nèi)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(diǎn)之間的距離，它僅取決于兩個(gè)點(diǎn)，有利也有弊。有利的一面是非常容易計(jì)算，只需將最大點(diǎn)減去最小點(diǎn)；不利的一面是復(fù)驗(yàn)性不強(qiáng)，不太精確。噪聲是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，因此，這種測(cè)量實(shí)際上依賴(lài)于噪聲波形的極值。采集數(shù)據(jù)的時(shí)間越長(zhǎng)，則越有可能獲得極值。均方根值噪聲使用波形中的所有點(diǎn)，比峰峰值噪聲精確得多，測(cè)量的點(diǎn)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(diǎn)，因此計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)。
關(guān)于峰峰值和均方根值測(cè)量有一點(diǎn)需要注意，它們會(huì)隨帶寬發(fā)生較大變化，對(duì)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(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中，我們測(cè)量了儀表放大器AD8222在多個(gè)不同帶寬時(shí)的噪聲，可以清楚的看到帶寬對(duì)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(cè)量依賴(lài)于帶寬，因此有幾點(diǎn)需要注意：首先，需要了解電路的帶寬特性，需要確保測(cè)量?jī)x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(wàn)用表時(shí)，規(guī)定均方根值噪聲或峰峰值噪聲時(shí)，同時(shí)必須明確特定的帶寬。對(duì)于絕大多數(shù)數(shù)據(jù)手冊(cè)，帶寬為0.1Hz至10Hz頻帶。
圖4 AD8222在多個(gè)不同帶寬時(shí)的噪聲
頻譜密度圖使均方根測(cè)量更進(jìn)一步，它實(shí)際上是將噪聲測(cè)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(lái)自AD8295數(shù)據(jù)手冊(cè)，顯示了許多測(cè)量的平均組合值。由于頻譜密度圖將測(cè)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(shí)，大多數(shù)放大器的噪聲曲線(xiàn)會(huì)斜升，噪聲密度與頻率成反比，因此將它稱(chēng)為1/f噪聲。如果沿1/f斜率畫(huà)一條直線(xiàn)，與水平噪聲線(xiàn)相交，就可以得到1/f轉(zhuǎn)折頻率。
噪聲計(jì)算
噪聲的加法規(guī)則為噪聲的平方和，假設(shè)噪聲源不相關(guān)，這一假設(shè)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(hào)相同。
第一，在噪聲計(jì)算時(shí)，有幾點(diǎn)需要注意：室溫下，1kΩ電阻對(duì)應(yīng)于
的噪聲，這一速算公式可以方便地應(yīng)用于其他電阻值，只需乘以電阻的平方根。第二，在對(duì)信號(hào)源求和時(shí)，可以忽略較小的項(xiàng)。噪聲加法規(guī)則為平方和，如果一個(gè)噪聲信號(hào)只有主導(dǎo)噪聲信號(hào)的1/5，則其貢獻(xiàn)的額外噪聲只有1/25。
第三點(diǎn)是對(duì)第一點(diǎn)的擴(kuò)展，如果第一增益級(jí)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(shè)計(jì)技巧
低噪聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一個(gè)竅門(mén)是在前級(jí)應(yīng)用中盡可能多的增益，圖6顯示的是一個(gè)放大器前端的兩個(gè)例子，增益為10?？梢钥闯?，將所有增益應(yīng)用于第一級(jí)，比將增益分布于兩級(jí)要好得多。請(qǐng)注意，有時(shí)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(duì)于帶寬，我們希望每個(gè)增益級(jí)具有近似的增益，而對(duì)于噪聲，我們則希望第一級(jí)具有全部的增益。
評(píng)論