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读懂运放手册之噪声篇

华秋商城运营 2018-10-09 15:23 次阅读

1.一个有趣的问题

2 个 1kΩ 电阻串联,与 1 个 2kΩ 电阻噪声一致吗?

2 个 500Ω 电阻并联,与 1 个 2kΩ 电阻噪声一致吗?

2.噪声的基本特性

1) 它的波形在任意时刻都是不确定的,因此它是广谱的,有低频也有高频;

2) 它的幅度又是有限制的,这与数学上的高斯分布近似但不完全一致;具有短时波形性以及长期稳定性。

3) 它具有无限积分趋零性。

3.怎么衡量噪声的大小?

1) 有效值:

image.png

有效值Urms是对波动电压大小的描述, 而电功率EP是对波动电压可能做功大小的描述,它们都与负载是否接入毫无关系。

2) 独立信号的有效值不能直接相加,电功率具有可加性。

image.png

3) 噪声总有效值计算的核心思路

image.png

各个频率处的电功率密度,组成了电功率随频率变化的曲线——电功率密度曲线,单位是V2/Hz。

image.png,称为噪声电压密度。

4.简单的运放噪声模型

image.php?url=0K9bK1mqxC

运放噪声一般分为两类:

一类为 1/f 噪声,其电功率密度曲线随着频率的上升而下降;

一类为白噪声,或者叫平坦噪声,其电功率密度曲线是一条直线,与频率无关。

image.php?url=0K9bK1Q9hy

1/f噪声电压密度及有效值计算

image.php?url=0K9bK1gZUS

白噪声电压密度及有效值计算

image.php?url=0K9bK1nJxa

image.png

C和K值的确定

image.php?url=0K9bK1m4YZ

K值直接从图中最大频率处读出,为9.5nV

132=C2/1000 + 9.52 得到:C=280nV

0.1Hz-10Hz噪声计算

image.png

聚洵低噪声运放GS8632低频噪声计算:

image.png

image.png

5.完整运放的噪声计算

image.php?url=0K9bK1y51J

1) 获得等效带宽fb,确定fa,一般是 0.1Hz 。

2) 根据前述方法, 结合带宽计算运放等效输入噪声电压UN_I;

3) 结合带宽计算各个电阻的热噪声UN_Ri;

4) 查找数据手册,获得等效输入电流噪声的关键参数CI 和KI,结合带宽计算等效输入电流噪声IN_1 和IN_2;

5) 以上述 3 类共 7 个源,分别计算在输出端的结果 , m 代表不同的源。 其中上标 O 代表该噪声源在运放输出端呈现的噪声电压有效值。

6) 对各个 实施平方式叠加,最终输出噪声为

image.png

1) 获得等效带宽fb,确定fa,一般是 0.1Hz 。

image.png

2) 根据前述方法, 结合带宽计算运放等效输入噪声电压UN_I

image.png

image.php?url=0K9bK1QXTa

3)结合带宽计算各个电阻的热噪声UN_Ri。

image.php?url=0K9bK1UfD2

4)带宽计算等效输入电流噪声IN_1和IN_2

对于本例来说,使用的是CMOS运放,电流噪声相对电压噪声比较小,可以忽略不计。

5) 以上述 3 类共 7 个源,分别计算在输出端的结果UOm, m 代表不同的源。 其中上标 O 代表该噪声源在运放输出端呈现的噪声电压有效值。

image.php?url=0K9bK1mMhN

6)对各个UOm实施平方式叠加 。

image.php?url=0K9bK1t5UN

6.问题回顾

2 个 1kΩ 电阻串联,与 1 个 2kΩ 电阻噪声一致吗?

2 个 500Ω 电阻并联,与 1 个 2kΩ 电阻噪声一致吗?

image.php?url=0K9bK1xcUM



7.完整运放的噪声计算规则

●规则1:工艺的变化对白噪声电压的影响不大

●规则2:运放噪声受温度变化的影响不强烈

●规则3:工艺的变化对闪烁噪声的影响很大。

●规则4:对于较大IQ的运算放大器,白噪声电压通常较低。

●规则5:FET放大器通常比双极型放大器具有更低的电流噪声。 此外,对于给定的IQ,双极性放大器往往具有比FET低的电压噪声。

以上为运放的噪声模型和计算。

文中提到运放品牌——聚洵,全称为聚洵半导体科技(上海)有限公司,简称聚洵Gainsil,是一家专注于高性能、高品质interwetten与威廉的赔率体系 和混合信号集成电路研发和销售管理的高科技公司,公司核心团队均来自国内外顶尖半导体设计公司

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聚洵以市场为导向、以创新为驱动、以产品质量及服务客户为目标,为国内外客户提供具有成本竟争力的半导体精品芯片解决方案。

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