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讀懂運放手冊之噪聲篇

華秋商城運營 ? 2018-10-09 15:23 ? 次閱讀

1.一個有趣的問題

2 個 1kΩ 電阻串聯(lián),與 1 個 2kΩ 電阻噪聲一致嗎?

2 個 500Ω 電阻并聯(lián),與 1 個 2kΩ 電阻噪聲一致嗎?

2.噪聲的基本特性

1) 它的波形在任意時刻都是不確定的,因此它是廣譜的,有低頻也有高頻;

2) 它的幅度又是有限制的,這與數(shù)學(xué)上的高斯分布近似但不完全一致;具有短時波形性以及長期穩(wěn)定性。

3) 它具有無限積分趨零性。

3.怎么衡量噪聲的大???

1) 有效值:

image.png

有效值Urms是對波動電壓大小的描述, 而電功率EP是對波動電壓可能做功大小的描述,它們都與負(fù)載是否接入毫無關(guān)系。

2) 獨立信號的有效值不能直接相加,電功率具有可加性。

image.png

3) 噪聲總有效值計算的核心思路

image.png

各個頻率處的電功率密度,組成了電功率隨頻率變化的曲線——電功率密度曲線,單位是V2/Hz。

image.png,稱為噪聲電壓密度。

4.簡單的運放噪聲模型

image.php?url=0K9bK1mqxC

運放噪聲一般分為兩類:

一類為 1/f 噪聲,其電功率密度曲線隨著頻率的上升而下降;

一類為白噪聲,或者叫平坦噪聲,其電功率密度曲線是一條直線,與頻率無關(guān)。

image.php?url=0K9bK1Q9hy

1/f噪聲電壓密度及有效值計算

image.php?url=0K9bK1gZUS

白噪聲電壓密度及有效值計算

image.php?url=0K9bK1nJxa

image.png

C和K值的確定

image.php?url=0K9bK1m4YZ

K值直接從圖中最大頻率處讀出,為9.5nV

132=C2/1000 + 9.52 得到:C=280nV

0.1Hz-10Hz噪聲計算

image.png

聚洵低噪聲運放GS8632低頻噪聲計算:

image.png

image.png

5.完整運放的噪聲計算

image.php?url=0K9bK1y51J

1) 獲得等效帶寬fb,確定fa,一般是 0.1Hz 。

2) 根據(jù)前述方法, 結(jié)合帶寬計算運放等效輸入噪聲電壓UN_I;

3) 結(jié)合帶寬計算各個電阻的熱噪聲UN_Ri;

4) 查找數(shù)據(jù)手冊,獲得等效輸入電流噪聲的關(guān)鍵參數(shù)CI 和KI,結(jié)合帶寬計算等效輸入電流噪聲IN_1 和IN_2;

5) 以上述 3 類共 7 個源,分別計算在輸出端的結(jié)果 , m 代表不同的源。 其中上標(biāo) O 代表該噪聲源在運放輸出端呈現(xiàn)的噪聲電壓有效值。

6) 對各個 實施平方式疊加,最終輸出噪聲為

image.png

1) 獲得等效帶寬fb,確定fa,一般是 0.1Hz 。

image.png

2) 根據(jù)前述方法, 結(jié)合帶寬計算運放等效輸入噪聲電壓UN_I

image.png

image.php?url=0K9bK1QXTa

3)結(jié)合帶寬計算各個電阻的熱噪聲UN_Ri。

image.php?url=0K9bK1UfD2

4)帶寬計算等效輸入電流噪聲IN_1和IN_2

對于本例來說,使用的是CMOS運放,電流噪聲相對電壓噪聲比較小,可以忽略不計。

5) 以上述 3 類共 7 個源,分別計算在輸出端的結(jié)果UOm, m 代表不同的源。 其中上標(biāo) O 代表該噪聲源在運放輸出端呈現(xiàn)的噪聲電壓有效值。

image.php?url=0K9bK1mMhN

6)對各個UOm實施平方式疊加 。

image.php?url=0K9bK1t5UN

6.問題回顧

2 個 1kΩ 電阻串聯(lián),與 1 個 2kΩ 電阻噪聲一致嗎?

2 個 500Ω 電阻并聯(lián),與 1 個 2kΩ 電阻噪聲一致嗎?

image.php?url=0K9bK1xcUM



7.完整運放的噪聲計算規(guī)則

●規(guī)則1:工藝的變化對白噪聲電壓的影響不大

●規(guī)則2:運放噪聲受溫度變化的影響不強烈

●規(guī)則3:工藝的變化對閃爍噪聲的影響很大。

●規(guī)則4:對于較大IQ的運算放大器,白噪聲電壓通常較低。

●規(guī)則5:FET放大器通常比雙極型放大器具有更低的電流噪聲。 此外,對于給定的IQ,雙極性放大器往往具有比FET低的電壓噪聲。

以上為運放的噪聲模型和計算。

文中提到運放品牌——聚洵,全稱為聚洵半導(dǎo)體科技(上海)有限公司,簡稱聚洵Gainsil,是一家專注于高性能、高品質(zhì)模擬和混合信號集成電路研發(fā)和銷售管理的高科技公司,公司核心團隊均來自國內(nèi)外頂尖半導(dǎo)體設(shè)計公司

聚洵合作伙伴是世界知名的芯片制造公司(臺積電晶圓代工+長電科技封裝測試),具有一流的工藝技術(shù)和封裝技術(shù);

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