1 為何最近又強調低噪聲放大問(wèn)題?
低噪聲放大的部分問(wèn)題與信噪比(SNR)有關(guān)。
2 我們談?wù)摰脑肼暰烤故悄囊环N?
這種噪聲是放大器本身固有的，或者由相應的無(wú)源器件所產(chǎn)生并放大的。
外部噪聲則是系統級的問(wèn)題。
3 這種噪聲的來(lái)源是什么?
熱噪聲來(lái)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。表達式的電阻噪聲中的“k”因子是波爾茲曼常數。T是絕對溫度、R是以歐姆為單位的電阻。一個(gè)經(jīng)驗法則是，1kΩ的電阻在室溫下產(chǎn)生的噪聲為4nV/ Hz，這比某些現代運放的噪聲還高。
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(lái)，基帶噪聲指標以nV(或者pA)/ Hz來(lái)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，出現任何給定的信號幅值的概率滿(mǎn)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(zhù)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。對于1/f噪聲有著(zhù)重要影響的應用來(lái)說(shuō)，在產(chǎn)品手冊中可找到有限帶寬上的峰-峰值噪聲指標，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(chēng)為1/f拐角頻率(F C)。它可以通過(guò)延長(cháng)噪聲圖線(xiàn)的1/f和白噪聲部分，得到其交點(diǎn)來(lái)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(guò)一般來(lái)說(shuō)只規定電壓噪聲。
7 在選用低噪聲放大器的過(guò)程中，應該如何利用這一信息?
考慮所感興趣的頻帶，把頻帶內的rms噪聲與你的系統要求聯(lián)系起來(lái)。
由于噪聲是以頻率的平方根來(lái)表示的，各種噪聲的貢獻可以通過(guò)將各噪聲的平方求和后再求平方根來(lái)計算。
于是，在帶寬F L~F H內，總的r m s電壓噪聲en,rms可以簡(jiǎn)單表示為：
1 為何最近又強調低噪聲放大問(wèn)題?
低噪聲放大的部分問(wèn)題與信噪比(SNR)有關(guān)。
2 我們談?wù)摰脑肼暰烤故悄囊环N?
這種噪聲是放大器本身固有的，或者由相應的無(wú)源器件所產(chǎn)生并放大的。
外部噪聲則是系統級的問(wèn)題。
3 這種噪聲的來(lái)源是什么?
熱噪聲來(lái)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。表達式的電阻噪聲中的“k”因子是波爾茲曼常數。T是絕對溫度、R是以歐姆為單位的電阻。一個(gè)經(jīng)驗法則是，1kΩ的電阻在室溫下產(chǎn)生的噪聲為4nV/ Hz，這比某些現代運放的噪聲還高。
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(lái)，基帶噪聲指標以nV(或者pA)/ Hz來(lái)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，出現任何給定的信號幅值的概率滿(mǎn)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(zhù)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。對于1/f噪聲有著(zhù)重要影響的應用來(lái)說(shuō)，在產(chǎn)品手冊中可找到有限帶寬上的峰-峰值噪聲指標，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(chēng)為1/f拐角頻率(F C)。它可以通過(guò)延長(cháng)噪聲圖線(xiàn)的1/f和白噪聲部分，得到其交點(diǎn)來(lái)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(guò)一般來(lái)說(shuō)只規定電壓噪聲。
7 在選用低噪聲放大器的過(guò)程中，應該如何利用這一信息?
考慮所感興趣的頻帶，把頻帶內的rms噪聲與你的系統要求聯(lián)系起來(lái)。
由于噪聲是以頻率的平方根來(lái)表示的，各種噪聲的貢獻可以通過(guò)將各噪聲的平方求和后再求平方根來(lái)計算。
于是，在帶寬F L~F H內，總的r m s電壓噪聲en,rms可以簡(jiǎn)單表示為：
上述公式中，e n,w是寬帶白噪聲，F C是1/f拐角頻率，FL和FH定義了感興趣的待測帶寬。
一般來(lái)說(shuō)，比其它任何一個(gè)噪聲分量高4~5倍的任何噪聲分量都會(huì )成為主導噪聲，而其余的分量則可以忽略不計。因此，在更高的頻率上，F C l n(F H/F L)的影響不再顯著(zhù)，而總的rms噪聲就等于白噪聲乘以頻率差的平方根。事實(shí)上，如果FH遠遠高于FL，總的rms噪聲即等于白噪聲乘以F H的平方根。另一方面，當器件工作在1/f噪聲區中，總的rms噪聲是拐角頻率點(diǎn)的噪聲水平(即白噪聲水平)乘以拐角頻率的平方根再乘以ln(FH/FL)。
8 電流噪聲的情況如何?
圖1中的方程的第四和第五項表明，當電流噪聲流過(guò)一個(gè)阻抗時(shí)，它會(huì )產(chǎn)生一個(gè)噪聲電壓，該電壓將以“平方和再求平方根”的形式添加到其他的噪聲電壓上。此外，雖然電壓噪聲是設計者考慮的第一指標，如果電路阻抗水平高于en/in(有時(shí)，被稱(chēng)為放大器的“特性噪聲電阻”)，電流噪聲將占據主導地位。
圖1：噪聲源(外部電阻產(chǎn)生的熱噪聲、固有電壓和電流噪聲)都被電路以噪聲增益(1+R2/R1)放大
圖2：在拐角頻率以上，固有噪聲的頻譜密度基本恒定。在拐角頻率至0Hz之間，它以3dB/倍頻程的速率上升(a)。當1/f噪聲具有關(guān)鍵性影響時(shí)(b)，數據手冊中可提供實(shí)際的峰-峰噪聲。 |
