設(shè)計(jì)高精度模擬系統(tǒng)失真解決方案

噪聲和失真這兩個(gè)問題一直在設(shè)計(jì)高精度模擬系統(tǒng)時(shí)跳出來令工程師們大傷腦筋。當(dāng)我們要找出問題查看一個(gè)運(yùn)算放大器數(shù)據(jù)表中的總諧波失真和噪聲 (THD+N) 數(shù)值時(shí)，可能一時(shí)半會(huì)還搞不清楚到底是噪聲還是失真出現(xiàn)了問題，那么有沒有方法可以很好的解決呢，有！接下來我們就來談?wù)勥@個(gè)問題。

“噪聲”是由放大器產(chǎn)生的隨機(jī)電信號(hào)。“失真”是由放大器引入的有害諧波。諧波是頻率為輸入信號(hào)頻率整數(shù)倍的信號(hào)?？傊C波失真和噪聲技術(shù)規(guī)格通過比較失真諧波的電平 (Vi) 和RMS噪聲電壓 (Vn) 與輸入信號(hào)的電平 (Vf) 來量化這些因素，使用的方程式如下：

在OPA316的數(shù)據(jù)表中，這條曲線顯示了針對(duì)多個(gè)配置和輸出負(fù)載，在頻率范圍內(nèi)測(cè)得的THD+N。雖然圖中有顯示，但是我們還是沒有辦法馬上知道是不是噪聲或失真諧波是否對(duì)THD+N有很的影響。接下來繼續(xù)探究，我們將通過計(jì)算得出噪聲對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響。

1.簡化THD+N計(jì)算來去除失真項(xiàng)。

用方程式來近似計(jì)算一個(gè)基本運(yùn)算放大器電路的RMS噪聲電壓：

AN 是“噪聲增益”，eN是運(yùn)算放大器寬帶電壓噪聲頻譜密度，而BWN是測(cè)量噪聲時(shí)的帶寬。噪聲增益，或者看成是放大器增加的其固有噪聲，始終在運(yùn)算放大器的非反向輸入上測(cè)得。當(dāng)運(yùn)算放大器被用作非反向放大器時(shí)，這種方法方便快捷；信號(hào)增益與噪聲增益是一樣的。但是對(duì)于反向放大器來說。每個(gè)噪聲增益會(huì)在信號(hào)增益幅值上+1。

OPA316有一個(gè)11nV/√Hz的寬帶輸入電壓噪聲頻譜密度，測(cè)量帶寬的額定值為80kHz。對(duì)于非反向放大器 (G = +1)，RMS噪聲電壓大約為：

反向放大器（增益 = -1），RMS噪聲電壓為：

使用下圖給出的輸出幅值信息來計(jì)算這兩個(gè)配置中噪聲對(duì)THD+N測(cè)量值的影響：

非反向 (G = +1)：

反向 (G = -1)：

低頻下 (<500Hz) 測(cè)得的THD+N和這些計(jì)算出來的值與密切對(duì)應(yīng)。可以看出，測(cè)量值幾乎完全由運(yùn)算放大器的噪聲決定。因?yàn)?/span>輸入信號(hào)的頻率不影響噪聲電壓，噪聲優(yōu)勢(shì)頻率上的THD+N測(cè)量值在是扁平的。

多個(gè)配置中，OPA316運(yùn)行在1kHz時(shí)，THD+N與輸出幅值之間的關(guān)系

另一方面，失真諧波的幅值會(huì)隨著信號(hào)幅值的變化而變化。一旦曲線偏離恒定向下傾斜，這就說明失真諧波正在影響THD+N測(cè)量值。

針對(duì)低噪聲的電路設(shè)計(jì)具有噪聲不斷增加的不良反應(yīng)。具有低值反饋電阻器的非反向運(yùn)算放大器可以提供特別低的噪聲，但是額外的負(fù)載和共模電壓會(huì)增加高頻失真。了解噪聲或失真是否會(huì)限制系統(tǒng)性能在工程設(shè)計(jì)完整的上十分重要。了解一些運(yùn)算以及能夠看懂?dāng)?shù)據(jù)表THD+N圖，很快就可以清楚到底是噪聲還是失真出現(xiàn)了問題。