使運(yùn)算放大器的噪聲性能與ADC相匹配

放大器說(shuō)明書包含了一個(gè)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(duì)應(yīng)關(guān)系。圖2就是這類圖表的一個(gè)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(gè)rms值，只需將峰至峰值除6.6（業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)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(jì)峰至峰運(yùn)算放大器輸出噪聲電壓，我們將rms輸出電壓乘以2CF。為了估計(jì)ADC峰至峰輸出比特性能，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

*業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的峰值因數(shù)

如圖2，我們可以非常容易地計(jì)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(jì)算過(guò)程中，首先要確定1 Hz時(shí)的輸入噪聲密度。一旦我們得出該值，下面簡(jiǎn)單的公式便會(huì)給出曲線以下的rms噪聲。

其中，C等于1 Hz時(shí)的輸入噪聲密度。

作為一個(gè)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(jì)算，以及放大器噪聲增益G＝1時(shí)，對(duì)于1/f噪聲在放大器輸出端的SNR為：

我們?cè)诳紤]這些低頻噪聲的時(shí)候，可能會(huì)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(shí)1個(gè)周期）。但是，在低于0.1 Hz的頻率下，則每10秒鐘一個(gè)周期，在電路中極有可能會(huì)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(shí)際上，來(lái)自放大器的低頻噪聲可能不會(huì)出現(xiàn)在這種采樣速度下，但是電路中可能會(huì)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(qǐng)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(duì)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(guò)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(gè)RTO噪聲值呢？我們可以計(jì)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(gè)區(qū)域中的噪聲，然后使用平方和的平方根將這兩個(gè)值加起來(lái)。圖3顯示了進(jìn)行這一計(jì)算的公式，并闡明了這兩個(gè)區(qū)域。