并聯(lián)放大器改善信噪比性能

處理低振幅信號(hào)可能具有挑戰(zhàn)性。為了區(qū)分低電平信號(hào)和周?chē)娐坟暙I(xiàn)的噪聲，我們通常使用增益來(lái)放大高于本底噪聲的信號(hào)。但是，標(biāo)準(zhǔn)放大器配置將輸入信號(hào)、輸入噪聲和放大器的噪聲貢獻(xiàn)乘以放大器的增益。因此，當(dāng)輸入信號(hào)的幅度變大時(shí)，輸入噪聲和放大器增加的噪聲也會(huì)變大，導(dǎo)致信噪比（SNR）沒(méi)有改善。

有一種方法可以使用放大器不僅可以增加信號(hào)幅度，還可以提高SNR。這種方法的關(guān)鍵是在求和配置中使用放大器，了解相關(guān)和不相關(guān)信號(hào)之間的差異。在求和配置中，由于我們對(duì)兩個(gè)不相關(guān)的噪聲源（放大器噪聲）求和，因此放大器噪聲增加√2，而相關(guān)輸入信號(hào)幅度增加2。該原理可以擴(kuò)展到N個(gè)放大器，以顯著改善SNR。

在數(shù)學(xué)上，單個(gè)放大器具有輸入信號(hào)S在和增益G，總組合輸入信號(hào)由信號(hào)（S在） 加上輸入端的任何外部產(chǎn)生的噪聲 （N在);這寫(xiě)為 S在+ N在.輸出包括輸出信號(hào)（S外） 加上總輸出噪聲 （N外);這些可以寫(xiě)為 S外= S在*G 和 N外= N在*G + N擴(kuò)增1，分別，其中 N擴(kuò)增1是由放大器本身引起的輸出參考噪聲。

SNR的計(jì)算方法是將輸出RMS信號(hào)功率除以輸出RMS噪聲功率。結(jié)果是：

信噪比（一個(gè)放大器）= （S外)2/ （N外)2= （S在*G）2/ （（N在*G）2+ N擴(kuò)增12)

假設(shè)外部噪聲輸入功率最小（為簡(jiǎn)單起見(jiàn)），將公式簡(jiǎn)化為（S在*G）2/ N擴(kuò)增12.

現(xiàn)在，并聯(lián)增加第二個(gè)放大器會(huì)使RMS信號(hào)功率增加2倍，但只會(huì)使RMS放大器噪聲增加√2，因?yàn)榉糯笃鲿?huì)增加不相關(guān)的噪聲。因此，而不是噪音加倍（N擴(kuò)增1加 N擴(kuò)增2），我們得到的噪聲為 √2*N安普爾.

兩個(gè)并聯(lián)放大器的SNR計(jì)算公式為：

信噪比（兩個(gè)放大器）= （2S在*G）2/ （（2N在*G）2+ （√2（（N擴(kuò)增1)2+ （N擴(kuò)增2)2））） = （2S在*G）2/ （（2N在*G）2+ （√2N安普爾)2） = （S在*G）2/ （（N在*G）2+ 0.5*（N安普爾2)).

同樣，假設(shè)外部輸入噪聲功率最小，則將其降低至（S在*G）2/ （0.5*（N安普爾2))

并聯(lián)添加放大器的好處是提高了SNR和更低的電壓噪聲密度。對(duì)于并聯(lián)N個(gè)放大器，放大器噪聲功率降低N，折合到輸入端的電壓噪聲密度降低√N(yùn)。換句話說(shuō)，放大器數(shù)量每增加一倍，放大器噪聲功率就會(huì)降低2，放大器的輸入?yún)⒖茧妷涸肼暶芏染蜁?huì)降低√2。請(qǐng)注意，并聯(lián)放大器只能減少放大器增加的不相關(guān)噪聲;它不能降低由于其他外部噪聲源（例如電阻器、傳感器、其他信號(hào)調(diào)理元件等）引起的噪聲。在上述兩個(gè)并聯(lián)放大器電路中，LT6020 的輸入電壓噪聲密度從 45nV/√Hz 降低至 32nV/√Hz。

下面的電路揭示了利用 LT1028 超低 0.85nV/√Hz 噪聲密度精準(zhǔn)放大器如何降低 N 個(gè)放大器的輸入噪聲密度。

并聯(lián)放大器技術(shù)可以擴(kuò)展到復(fù)合放大器設(shè)計(jì)，其中兩個(gè)放大器各自為電路提供獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。這方面的一個(gè)例子見(jiàn)設(shè)計(jì)說(shuō)明 241;電路如下所示。此處，兩個(gè) LT1806 用于提供一種低失真、高輸出驅(qū)動(dòng)電路解決方案;一個(gè)放大器提供 50 歐姆電纜驅(qū)動(dòng)能力，另一個(gè)放大器提供精度。

使用并行放大器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是降低了輸出失調(diào)誤差。由于失調(diào)誤差不相關(guān)，隨著放大器的增加，失調(diào)誤差的分布將向中心值移動(dòng)，因此考慮所有器件時(shí)的凈值將接近典型平均值。

計(jì)算噪聲時(shí)，必須考慮電流噪聲、電阻噪聲（反饋電阻、源阻抗等）和外部噪聲。并聯(lián)使用放大器的一個(gè)后果是電流噪聲增加。其他權(quán)衡包括成本和組件數(shù)量。然而，這些通?？梢酝ㄟ^(guò)使用并聯(lián)放大器技術(shù)獲得的改進(jìn)性能來(lái)證明。

審核編輯：郭婷