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实用噪声放大器原理

作者:时间:2010-06-23来源:网络收藏
IC的有两种类型:一种是外部,来源于IC外部;另一种是内部,来源于器件本身。

外部噪声

一些工程师认为外部噪声不应该被称为噪声,因为它不是随机产生的,使用“干扰”一词也许更恰当。首先,简单谈谈三种外部噪声的主要来源:

RFI耦合

环境中充斥着各种电磁波,虽然这些射频干扰信号通常在目标带宽以外,但器件的非线性有时会调整这些信号,将其带入目标区域中。特别是连接传感器的引线较长时,噪声一般会从输入引线进入电路。

抑制射频干扰的办法包括:输入端滤波、屏蔽和采用双绞线输入。

电源噪声

电子电路抑制电源线信号的能力有限,尤其是频率较高时,因此必须先消除电源线上的高频干扰,使其无法到达低噪声电路。可以对电源进行适当滤波以及IC本身采取良好的旁路措施来实现。敏感模拟电路与数字逻辑应采用不同的电源,至少应深度滤波。

接地环路

我们经常可以从图上看到很多的接地符号,但必须注意,在实际电路中任何两点的电位都不可能完全相等,电流会流经地线,从而产生电位差。必须考虑电流如何流动,并将高电流路径与敏感电路隔离。例如,新型接地配置,或者将模拟地层与数字地层接在一个点上。

内部噪声

内部噪声来源于信号链中的电路元件,IC数据手册中相关的性能规格就是针对这种噪声。典型的内部噪声源包括传感器、电阻、和模数转换器。

电阻噪声

电阻噪声分为两类:一是内部热噪声,这种噪声与电阻构造无关,仅取决于总电阻、温度和带宽,它与所施加的信号无关;二是附加电流噪声,通常被称为过量噪声,它取决于电阻的构造,与热噪声不同,电阻电流噪声与所施加的电压有关。薄膜电阻和绕线电阻具有出色的电流噪声性能,其噪声主要是内部热噪声。炭核电阻则不然,一般认为其噪声性能较差,在之后的讨论中我们将假设在低噪声设计中使用高质量薄膜电阻,因此可以忽略电流噪声,只专注于热噪声。

理想电阻的热噪声公式为:



可以看出,热噪声取决于温度、电阻、带宽和波尔兹曼常数。但在实际设计中,并不要求记住这个公式,因为我们有一个非常方便的速算法。

讨论噪声时,平方根符号会一再出现,公式中含有一个常数项,即波尔兹曼常数k。第二项是温度,请注意,噪声随温度升高而增大,此温度的单位为k,因此温度对噪声的影响可能不如想象那般大。多数工程师会忽略温度对噪声的影响,请记住你所看到的噪声规格仅针对室温有效。第三项是电阻值,最后一项是带宽。

应该记住这个公式,1kΩ电阻在室温下的热噪声为,即

无论从事何种噪声相关工作,这一算式都将使您永远受益。这个速算公式可以方便地应用于其他电阻值。

噪声

图1所示为噪声模型。噪声分为两类:一种是电压噪声(VX),另一种是电流噪声(IX)。在实际电路中,由许多晶体管组成,所有这些晶体管都有噪声。幸运的是,所有晶体管的噪声都可以折合到放大器的输入端。

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