PCB設(shè)計(jì)中克服放大器的噪聲干擾 - 工程師必須知道如何處理放大器噪聲等實(shí)用技巧知識(shí)點(diǎn)

　　Q52 ［問(wèn)：］ 如何更有效的消除晶體管噪聲？

　?。鄞穑篘eil］ 對(duì)于一個(gè)確定型號(hào)的晶體管，受其設(shè)計(jì)和工藝限制，噪聲特性已經(jīng)確定了，等到用戶端是無(wú)法改變其噪聲性能的。

　　Q53 ［問(wèn)：UESTCC3200732］ 為什么AD8221在使用中有大約60uV的低頻抖動(dòng)？

　?。鄞穑海?這個(gè)低頻具體是多少赫茲呢？一般這種很可能是周圍環(huán)境耦合進(jìn)來(lái)的噪聲，比如50Hz的電力線噪聲，或者60Hz的顯示器刷新頻率噪聲，您可以換個(gè)環(huán)境，換個(gè)電源測(cè)試下看看是否還有這個(gè)噪聲。

　　Q54［問(wèn)：］ 如何在PCB設(shè)計(jì)中克服放大器的噪聲干擾？謝謝

　　［答：］ 布板的時(shí)候讓放大器遠(yuǎn)離大功率高頻的器件，模擬地與數(shù)字地的劃分，電源地去耦等等。

　　Q55［問(wèn)：］ 儀表放大器的抗干擾能力與單端放大器相比有什么優(yōu)勢(shì)嗎？

　?。鄞穑海?儀表放大器相對(duì)一般的運(yùn)算放大器，共模抑制比更強(qiáng)，更適合放大微小的差分信號(hào)。

　　Q57［問(wèn)：］ 請(qǐng)問(wèn)在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中應(yīng)該怎樣選擇合適的放大器，比如用一個(gè)12位ad轉(zhuǎn)換器采樣幾百毫伏左右信號(hào)。應(yīng)該怎么評(píng)價(jià)放大器噪聲對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響？

　?。鄞穑海?這首先要查一下相關(guān)運(yùn)放的數(shù)據(jù)手冊(cè)，找到其電壓和電流噪聲的指標(biāo)（一般給出的是從輸入端看的噪聲密度）。根據(jù)幻燈片中的介紹，結(jié)合具體應(yīng)用中的帶寬和放大倍數(shù)，計(jì)算出輸出端的噪聲。當(dāng)然，放大電路中使用電阻的熱噪聲也要考慮在內(nèi)。

　　Q58［問(wèn)］ 醫(yī)用方面哪款放大器的噪聲系數(shù)比較好？

　?。鄞穑海?你的頻率是多少？你可以看看AD8331系列VGA，或者ADL5521

　　Q59［問(wèn)：］ 請(qǐng)問(wèn)：運(yùn)放產(chǎn)生噪聲的原理是什么？怎么可以降低？

　?。鄞穑海?只要是有源器件，都會(huì)有電子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生噪聲。對(duì)于一個(gè)特定的運(yùn)放而言，它產(chǎn)生的噪聲是固定的，只能從外部加濾波器來(lái)濾掉感興趣帶寬外的噪聲。

　　Q60［問(wèn)：］ 單端輸入時(shí)，參考點(diǎn)接地和接偏置直流電壓哪一個(gè)更好一些？

　?。鄞穑海?主要是取決于您具體的應(yīng)用，如果您希望得到接近于地的參考點(diǎn)，那么就接地。如果您需要得到帶偏置的輸出，可以將參考點(diǎn)接偏置電壓。

　　Q61 ［問(wèn)：］ 請(qǐng)問(wèn)專家，使用軟件如何去除一些內(nèi)部噪聲，降低對(duì)ADC結(jié)果的影響？

　?。鄞穑海?軟件上，經(jīng)常使用的是取平均的方法，即多采樣幾個(gè)點(diǎn)然后做平均。

　　Q62［問(wèn)：］ 外來(lái)噪聲產(chǎn)生的主要有哪些？受哪些因素和周圍環(huán)境影響？

　　［答：］ 外接電阻，溫度，電源噪聲，高頻信號(hào)耦合到信號(hào)輸入、輸出等等。

　　Q63［問(wèn)：］ 請(qǐng)問(wèn)儀表運(yùn)放輸入要加濾波防止rfi，電阻100k，噪聲會(huì)達(dá)到40nv，后面儀表運(yùn)放選噪聲8nv的是不是就沒(méi)有必要了？

　?。鄞穑海?在系統(tǒng)中，所有噪聲都是以均放相加的形式相加的。所以儀放的噪聲小還是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的噪聲性能有幫助的。

　　Q64 ［問(wèn)：］ 儀表運(yùn)放在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)有很大的50HZ輸出，怎么抑制？

　?。鄞穑海?你可以選擇更好的儀表放大器，如AD8221，也可以用硬件或者軟件作notch filter，不過(guò)儀表放大器地去耦和模擬部分的布線也是很重要的。

　　Q65 ［問(wèn)：］ 我想就運(yùn)放電路的電流噪聲提問(wèn)，一般設(shè)計(jì)時(shí)由于功耗的原因我們會(huì)選用大電阻，但是這樣會(huì)增大電流噪聲影響的電流噪聲，我想問(wèn)這個(gè)矛盾如何解決？

　?。鄞穑海?這是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，沒(méi)有統(tǒng)一的答案，只能根據(jù)您的應(yīng)用需求來(lái)具體平衡功耗和噪音。

　　Q66 ［問(wèn)］ 接收激光信號(hào)的放大器用什么型號(hào)比較好呢？

　　［答：］ 激光信號(hào)需要轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流或電壓信號(hào)，請(qǐng)根據(jù)電流電壓范圍選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)放型號(hào)。

　　Q67［問(wèn)：］ 請(qǐng)問(wèn)什么時(shí)候選擇儀表放大器比較合適？

　?。鄞穑海?信號(hào)很小，但是共模干擾很大的場(chǎng)合，如心電、腦電信號(hào)。

　　Q68［問(wèn)］ 運(yùn)算放大器的輸入輸出阻抗剛才專家回答我說(shuō)一個(gè)是無(wú)窮大，一個(gè)是無(wú)窮小，但是我沒(méi)在做設(shè)計(jì)的時(shí)候，如果要做阻抗匹配的話，應(yīng)該怎么去設(shè)計(jì)呢，難道也是按照無(wú)窮大和無(wú)窮小設(shè)計(jì)嗎 ？

　　［答：］ 一般應(yīng)用中不需要對(duì)運(yùn)放的阻抗做匹配。對(duì)于射頻的放大器，一般都是芯片內(nèi)部已經(jīng)是50ohm匹配好的，比如ADL5521。

　　Q69［問(wèn)：］ 作為電荷放大器使用時(shí)，輸入阻抗是重要的因素嗎？

　?。鄞穑海?輸入阻抗會(huì)影響積分的精度和時(shí)間，需要進(jìn)行仿真，還要根據(jù)系統(tǒng)的指標(biāo)進(jìn)行tradeoff。

　　Q69［問(wèn)：］ 對(duì)于放大電路的正常工作，在選運(yùn)放的時(shí)候要怎樣兼顧失調(diào)電壓和偏置電流的指標(biāo)？

　　［答：］ 這主要取決于應(yīng)用，比如要檢測(cè)一個(gè)比較大的電流信號(hào)，用取樣電阻將其轉(zhuǎn)換成電壓，而后放大，那么這時(shí)偏置電流參數(shù)就不是很重要，因?yàn)樗谌与娮枭袭a(chǎn)生的影響相對(duì)較小，再看失調(diào)電壓，它是一個(gè)固定的電壓，所以影響也并不大，可以在后續(xù)電路中將其cancel掉，實(shí)際上關(guān)鍵的是offset drift，也就是它的溫漂特性，但一般較大的offset都會(huì)伴隨產(chǎn)生較大的溫漂，所以這時(shí)我們一般要選擇具有較小失調(diào)的運(yùn)放。

　　Q70 ［問(wèn)：］ 高精度測(cè)量中運(yùn)放的噪聲對(duì)最終測(cè)量結(jié)果的具體影響如何通過(guò)定量結(jié)算得出？

　?。鄞穑?要考慮的前提就是系統(tǒng)中的噪聲要小于測(cè)量分辨率的1個(gè)LSB。從運(yùn)放看，首先要查一下相關(guān)運(yùn)放的數(shù)據(jù)手冊(cè)，找到其電壓和電流噪聲的指標(biāo)（一般給出的是從輸入端看的噪聲密度）。結(jié)合具體應(yīng)用中的帶寬和放大倍數(shù)，計(jì)算出輸出端的噪聲。還有，放大電路中使用電阻的熱噪聲也要考慮在內(nèi)。

　　Q71［問(wèn)：］放大器的反饋電阻不能太大，那具體的選擇需要參考那些因素呢？?jī)x表放大器的增益電阻選擇是否也有同樣的問(wèn)題？

　?。鄞穑海?主要有電阻的噪聲和電阻與放大器的電流噪聲的乘積決定，以表放大器的增益電阻也會(huì)有同樣的問(wèn)題，但是它不是反饋電阻，所以相對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言，影響不是最大的。

　　Q72［問(wèn)］ 為什么放大器為高輸入阻抗，低輸出阻抗？

　?。鄞穑海?放大器是輸入阻抗越高，從信號(hào)源取得的電流就越小，在信號(hào)源內(nèi)阻上的壓降也就越小，信號(hào)電壓就以最小的損失加到放大器的輸入端。同理在輸出端，輸出阻抗越低，加在輸出內(nèi)阻的電壓損失越小，負(fù)載就會(huì)獲得盡可能高的輸出電壓。

　　Q73［問(wèn)：］ 反饋電阻是如何計(jì)算的？

　　［答：］ 對(duì)于運(yùn)放來(lái)說(shuō)，反饋電阻跟增益電阻決定了電路的增益，相對(duì)信號(hào)幅度大小，選擇一個(gè)差不多大小的電阻就可以，電阻太大會(huì)引入更多噪聲，太小會(huì)增加系統(tǒng)功耗。

　　Q75［問(wèn)：］ 電路板設(shè)計(jì)與電路嘈聲有關(guān)嗎？怎樣實(shí)際減少電路嘈聲？

　?。鄞穑海?減小噪聲，首先要選擇低噪聲的器件。從電路板布線設(shè)計(jì)的角度，主要是考慮避免讓板上高噪聲的電路（比如數(shù)字電路）對(duì)低噪聲部分（比如模擬信號(hào)）產(chǎn)生干擾。

　　Q76［問(wèn)：］ 請(qǐng)問(wèn)外部噪聲引入目標(biāo)系統(tǒng)的途徑和抑制方法有哪些？謝謝！

　　［答：］ 取決于噪聲的類型，比如說(shuō)RFI干擾可以加入RFI濾波器，和電源濾波電容，如果是環(huán)境干擾很大，可以試著使用屏蔽盒等等。

　　Q77 ［問(wèn)：］ 如何減小高速ADC的輸入噪聲？

　　［答：］ 要考慮在ADC前端加合適的抗混疊濾波器。

　　Q78 ［問(wèn)：］ 我正在尋找一種50Hz/60Hz的陷波器ADI能否提供一種單芯片解決方案不用外置過(guò)多的阻、容即可以實(shí)現(xiàn)之間的切換。以配合儀表放大器和ADC采樣間的過(guò)度？

　?。鄞穑海?你可以參考我們心電參考設(shè)計(jì)的陷波電路

　　Q79 ［問(wèn)：］在PCB板布線時(shí)考慮輸入端地線環(huán)繞布線減少干擾，但系統(tǒng)地線與現(xiàn)場(chǎng)接地相連時(shí)引起輸出信號(hào)干擾更嚴(yán)重不知什么原因，請(qǐng)專家指導(dǎo)。

　?。鄞穑海?有可能是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)的地噪聲比較大，您能否測(cè)量一下現(xiàn)場(chǎng)的地是否有很大的噪聲，相接的線是否過(guò)于長(zhǎng)？您最好盡量減小連接線的長(zhǎng)度，在接地點(diǎn)連接一個(gè)磁珠抑制一下高頻的噪聲，如果現(xiàn)場(chǎng)噪聲實(shí)在是過(guò)于大，您可以考慮使用隔離期間，隔離開(kāi)系統(tǒng)的地和現(xiàn)場(chǎng)的地。比如說(shuō)ADuM系列產(chǎn)品。

　　Q80 ［問(wèn)：］ 第一級(jí)的增益為全部增益有時(shí)可能太大，請(qǐng)問(wèn)有沒(méi)有最大值限制？

　?。鄞穑海?對(duì)于我們常用的電壓反饋型來(lái)說(shuō)，可配置的增益是受運(yùn)放的增益帶寬積限制的。比如一個(gè)電壓反饋型運(yùn)放的增益帶寬積是100MHz，輸入信號(hào)頻率是10MHz，那么可以配置的最大增益是10，如果要實(shí)現(xiàn)更大的增益，就要考慮用多級(jí)放大了。