工程師必讀的放大器設(shè)計(jì)100問(wèn)

　　Q86[問(wèn)：] 噪聲參數(shù)最主要的幾個(gè)指標(biāo)是什么分別代表什么?

　　[答：] 運(yùn)放中，要考慮電流噪聲和電壓噪聲。數(shù)據(jù)手冊(cè)中，一般會(huì)以噪聲密度的形式給出。

　　Q87[問(wèn)：] 在我們的應(yīng)用中采用多圈電位計(jì)做角度位置測(cè)量，用5V開(kāi)關(guān)電源供電，測(cè)量電壓傳送給MCU進(jìn)行AD采樣，采樣位數(shù)為10bit,但測(cè)量對(duì)象未運(yùn)動(dòng)時(shí)采樣值總是有2~4個(gè)單位的跳躍，用萬(wàn)用表測(cè)量該電壓則幾乎沒(méi)有變化，請(qǐng)問(wèn)如何在電路上解決跳數(shù)問(wèn)題?

　　[答：] 這個(gè)狀態(tài)屬于正常現(xiàn)象，如果輸入本身沒(méi)有引入其他噪聲(可達(dá)到ADC的精度要求)，ADC本身也會(huì)存在有效位數(shù)的問(wèn)題，最后一位不穩(wěn)定并不能說(shuō)明ADC性能不符合指標(biāo)，可以用這個(gè)跳躍輸出信號(hào)計(jì)算ADC的rms噪聲，也可以輸入滿幅的正選波測(cè)試一下其動(dòng)態(tài)性能。

　　Q88[問(wèn)：] 在生物電信號(hào)中，只要10K的信號(hào)通帶1uV的最小信號(hào)增益為100時(shí)，有沒(méi)有更好的放大器?

　　[答：] 你可以試試AD8221，它的噪聲密度為8nV/sqrtHz。

　　Q89[問(wèn)：] 電阻噪聲是否在一般電路不予以考慮?

　　[答：] 一般是這樣，主要是取決于你的應(yīng)用。

　　Q90[問(wèn)：] 能否具體解釋“將增益集中于前級(jí)放大會(huì)比將增益分配至二級(jí)放大有利于減少噪聲”等含義?

　　[答：] 放大器的增益會(huì)使輸入的噪聲增大，如果增益集中于第一級(jí)，引入的噪聲只有前級(jí)的，如果增益分布在兩個(gè)放大器，則噪音會(huì)來(lái)自兩級(jí)而且同時(shí)被放大。

　　Q91[問(wèn)：]使用AD8551，傳感器輸出電阻為80K左右，輸出信號(hào)為uV，放大100倍，可以嗎?

　　[答：] 由于你的傳感器的阻抗很大，它本身引入的噪聲就很大，比你的輸入信號(hào)都大，就算是AD8551能做到比較低的噪聲，也是不行的。

　　Q92[問(wèn)：] 傳感器內(nèi)阻100k，輸出uV，如要將其放大100倍，帶寬<10Hz,如何設(shè)計(jì)放大電路，如何避免噪聲?

　　[答：] 由于傳感器的內(nèi)阻很大，你最好不要使用單端的方法連接電路，對(duì)于傳感器位于板外的低噪聲測(cè)量應(yīng)用，最好使用儀表放大器之類(lèi)差分輸入放大器。

　　Q93[問(wèn)：] 噪聲的來(lái)源是什么?怎么樣能消除?

　　[答：ADI專(zhuān)家] 噪聲分為內(nèi)部和外部噪聲，對(duì)于外部噪聲我們可以采取濾波的方式減少，而內(nèi)部噪聲，即器件的噪聲則不能消除。

　　Q94[問(wèn)：]有沒(méi)有一個(gè)通用的噪聲單位?

　　[答：] 在一般情況下，你應(yīng)用1 kΩ→ 4 nV/√(Hz)公式，即可評(píng)估噪聲。

　　Q95[問(wèn)：] 現(xiàn)在許多MCU產(chǎn)品都自帶AD外設(shè)，但市場(chǎng)上還有許多AD轉(zhuǎn)換芯片，比如貴公司的許多高精度轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)品，我比較了一下，專(zhuān)用的AD轉(zhuǎn)換芯片可以把精度和采樣速度做得很高，比如16bit以上，動(dòng)輒百兆位每秒的采樣速率，而MCU自帶的AD則鮮有14bit以上的，采樣速度也較慢，但是這兩點(diǎn)也不是絕對(duì)，新推出的MCU產(chǎn)品在這兩方面的性能指標(biāo)也是不斷提升的，而且較之采用專(zhuān)用AD轉(zhuǎn)換芯片，采用自帶的AD外設(shè)就省去了與MCU接口的麻煩，請(qǐng)問(wèn)，專(zhuān)用AD轉(zhuǎn)換芯片除了采樣精度、采樣精度稍占優(yōu)勢(shì)外，還有什么其他優(yōu)勢(shì)?

　　[答：] 精度和采樣速度是單片ADC的主要優(yōu)勢(shì)，比較我們的ADUC7、8系類(lèi)的單片機(jī)與相應(yīng)精度的ADC，它們的指標(biāo)差不多，只是對(duì)于采樣速率、輸入信號(hào)的范圍、通道數(shù)等指標(biāo)會(huì)比較靈活，所以具體選擇哪類(lèi)ADC,還是取決于你的應(yīng)用要求。

　　Q96[問(wèn)：] 請(qǐng)問(wèn)，車(chē)載MP4電路設(shè)計(jì)如何處理電路噪聲，電路更安全?

　　[答：] 對(duì)于車(chē)載MP4的電路，主要要處理的就是電磁干擾引入的噪聲，你需要注意各功能模塊在PCB上的分布，可以采取一些電源去耦、屏蔽、濾波等方法去除干擾。

　　Q97[問(wèn)：] how to lower the offset in amplifier?

　　[答：] 有極少數(shù)的運(yùn)放可以在外部進(jìn)行Offset的調(diào)節(jié)，現(xiàn)在運(yùn)放的Offset一般都會(huì)做得很小，如果一定要做調(diào)整，可以在數(shù)字域?qū)ffset去掉。

　　Q98[問(wèn)：] how to reduce the noise in input stage?

　　[答：] 輸入極的噪聲與輸入極的電阻，電阻越小，本身產(chǎn)生的噪聲就越小，同時(shí)運(yùn)放的電流噪聲，電壓噪聲要選擇盡量低的型號(hào)。

　　Q99[問(wèn)：] 放大器的自激和噪聲抑制

　　[答：] 自激的問(wèn)題要在電路設(shè)計(jì)之初進(jìn)行解決，使電路的相位裕度至少大于45度。噪聲首先要選擇低噪聲的運(yùn)放，其次可以在輸出加濾波器濾除噪聲。

　　Q100[問(wèn)：] 選用高質(zhì)量的電阻可以有效抑制電流噪聲，但是成本就相對(duì)高點(diǎn)，請(qǐng)問(wèn)電阻的選擇如何在成本和品質(zhì)之間均衡呢?

　　[答：] 這取決于設(shè)計(jì)者的權(quán)衡考慮，即在產(chǎn)品性能和成本之間進(jìn)行選擇。

　　Q101[問(wèn)：] 請(qǐng)重點(diǎn)講解一下在設(shè)計(jì)微小信號(hào)調(diào)理中元器件本身帶來(lái)的噪聲處理方式，以及一個(gè)電路中電源噪聲如何更好更優(yōu)的處理。

　　[答：] 選擇噪聲小的元件來(lái)從源頭上減小噪聲。電源可以用LDO來(lái)實(shí)現(xiàn)，如果用DC-DC，那么需要在DC-DC，需要在輸出進(jìn)行多極的LC濾波。

　　Q102[問(wèn)：] 在低頻測(cè)量情況下，模擬地和數(shù)字地應(yīng)該分開(kāi)嗎?還是共地?謝謝

　　[答：] 模擬數(shù)字地要分開(kāi)，最后在ADC處連接在一起，比如，您可以看看AD7705這類(lèi)Sigma-Delta ADC的芯片資料或評(píng)估板PCB圖

　　Q103[問(wèn)：] 請(qǐng)問(wèn)剛才說(shuō)的1千歐對(duì)應(yīng)4NV/根號(hào)HZ9千歐對(duì)應(yīng)12倍噪聲?

　　[答：] 9千歐對(duì)應(yīng)的噪聲為4nV/Hz與3的乘積。

　　Q104[問(wèn)：]如何降低器件的內(nèi)部噪聲以及削弱外部噪聲?

　　[答：] 首先要找出外部和內(nèi)部的噪音源分別是什么?再根據(jù)具體的噪聲源來(lái)采取降噪處理。比如說(shuō)如果您的電流噪音過(guò)大，可以通過(guò)減小電阻值的方法。

　　Q105[問(wèn)：] 詳細(xì)說(shuō)明單電源供電時(shí)的一些注意事項(xiàng)?

　　[答：] 輸入信號(hào)的范圍是否在單電源供電范圍內(nèi)。

　　Q106[問(wèn)：] 怎樣提供放大器的帶寬?

　　[答：] 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)具有全部增益。前級(jí)應(yīng)用盡可能多的增益

　　Q107[問(wèn)：]你好,請(qǐng)問(wèn)為什么很多噪聲都是以"mv/(根號(hào)Hz)"形式表示.謝謝!

　　[答：] 只是一種噪聲特性描述的方法之一：頻譜噪聲密度。

　　Q108[問(wèn)：]在同相放大器應(yīng)用中，+到地的偏置電阻就成為了放大器的輸入阻抗，在需要高輸入阻抗的應(yīng)用中，該電阻的熱噪聲和放大器的噪聲電流作用產(chǎn)生的噪聲都不可能忽略，怎樣權(quán)衡，但實(shí)際應(yīng)用中該電阻是無(wú)法省略的，因?yàn)樾枰峁┢秒妷?

　　[答：] 根據(jù)具體應(yīng)用是高輸入阻抗還是噪音對(duì)您的系統(tǒng)更加重要，來(lái)具體權(quán)衡。

　　Q109[問(wèn)：]有關(guān)運(yùn)算放大器的噪聲我應(yīng)該知道些什么 ?

　　答：首先,必須注意到運(yùn)算放大器及其電路中元器件本身產(chǎn)生的噪聲與外界干擾 或無(wú)用信號(hào)并且在放大器的某一端產(chǎn)生的電壓或電流噪聲或其相關(guān)電路產(chǎn)生的噪聲之間的區(qū)別。

　　干擾可以表現(xiàn)為尖峰、階躍、正弦波或隨機(jī)噪聲而且干擾源到處都存在：機(jī)械、靠近電源線、射頻發(fā)送器與接收器、計(jì)算機(jī)及同一設(shè)備的內(nèi)部電路 ( 例如,數(shù)字電路或開(kāi)關(guān)電源 )。認(rèn)識(shí)干擾,防止干擾在你的電路附近出現(xiàn),知道它是如何進(jìn)來(lái)的并且如何消除它或者找到對(duì)付干擾的方法是一個(gè)很大的題目。

　　如果所有的干擾都被消除,那么還存在與運(yùn)算放大器及其阻性電路有關(guān)的隨機(jī)噪聲。它構(gòu)成運(yùn)算放大器的控制分辨能力的終極限制。

　　Q110[問(wèn)：]：請(qǐng)你講一下有關(guān)運(yùn)算放大器的隨機(jī)噪聲。它是怎么產(chǎn)生的 ?

　　答：在運(yùn)算放大器的輸出端出現(xiàn)的噪聲用電壓噪聲來(lái)度量。但是電壓噪聲源和電流噪聲源都能產(chǎn)生噪聲。運(yùn)算放大器所有內(nèi)部噪聲源通常都折合到輸入端,即看作與理想的 無(wú)噪聲放大器的兩個(gè)輸入端相串聯(lián)或并聯(lián)不相關(guān)或獨(dú)立的隨機(jī)噪聲發(fā)生器。我們認(rèn)為運(yùn)算放大器噪聲有三個(gè)基本來(lái)源：

　　( 1 )一個(gè)噪聲電壓發(fā)生器 ( 類(lèi)似于失調(diào)電壓,通常表現(xiàn)為同相輸入端串聯(lián) )。

　　( 2 )兩個(gè)噪聲電流發(fā)生器 ( 類(lèi)似偏置電流,通過(guò)兩個(gè)差分輸入端排出電流 )。

　　( 3 )電阻噪聲發(fā)生器 ( 如果運(yùn)算放大器電路中存在任何電阻,它們也會(huì)產(chǎn)生噪聲。 可把這種噪聲看作來(lái)自電流源或電壓源,不論哪種形式在給定電路中都很常見(jiàn) )。

　　運(yùn)算放大器的電壓噪聲可低至 3 nV/Hz 。電壓噪聲是通常比較強(qiáng)調(diào)的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),但是在阻抗很高的情況下電流噪聲常常是系統(tǒng)噪聲性能的限制因素。這種情況類(lèi)似于失調(diào),失調(diào)電壓常常要對(duì)輸出失調(diào)負(fù)責(zé),但是偏置電流卻有真正的責(zé)任。雙極型運(yùn)算放大器 的電壓噪聲比傳統(tǒng)的 FET 運(yùn)算放大器低,雖然有這個(gè)優(yōu)點(diǎn),但實(shí)際上電流噪聲仍然比較大。 現(xiàn)在的 FET 運(yùn)算放大器在保持低電流噪聲的同時(shí),又可達(dá)到雙極型運(yùn)算放大器的電壓噪聲水平 。

　　Q111問(wèn)：低噪聲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技巧有哪些? 答：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4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。

　　第二個(gè)竅門(mén)是注意源阻抗。這樣做有兩個(gè)原因：第一，源阻抗越大，則系統(tǒng)噪聲越大;第二，放大器必須與源阻抗匹配良好，如果源阻抗較高，電流噪聲噪聲特性可能比電壓噪聲特性更重要。

　　第三個(gè)竅門(mén)是要注意反饋電阻，如果選擇超低噪聲運(yùn)算放大器，卻使用很大的反饋電阻，則不可能實(shí)現(xiàn)低噪聲電路，在同相(圖5)或反相配置中，注意反饋電阻相當(dāng)于折合到輸出端的噪聲源。而其他電阻則相當(dāng)于輸入端的電壓源，更準(zhǔn)確的說(shuō)，是反相配置輸入端的電壓源。前文已經(jīng)談到，設(shè)計(jì)低噪聲系統(tǒng)時(shí)，第一級(jí)應(yīng)用有高增益，這種情況下Rg噪聲占主導(dǎo)地位。