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可编程增益跨阻放大器使光谱系统的动态范围达到最大(三)

作者:时间:2013-10-31来源:网络收藏
rgb(0,0,0); WORD-SPACING: 0px; PADDING-TOP: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px">  此传递函数包含多个极点和零点,手工计算将非常繁琐。然而,使用上例中的值,我们可以进行粗略的近似估算。在接近DC 的频率,电阻占主导地位,增益接近0 dB,因为二极管的分流电阻比反馈电阻大两个数量级。随着频率提高,电容的阻抗降低,开始成为增益的主导因素。由于从运算反相引脚到地的总电容远大于反馈电容Cf,因此增益开始随着频率提高而提高。幸运的是,增益不会无限提高下去,因为反馈电容和电阻形成的极点会阻止增益提高,最终运算的带宽会起作用,使增益开始滚降。

  图8显示了的噪声增益与频率的关系,以及传递函数中各极点和零点的位置。

  可编程增益跨阻放大器使光谱系统的动态范围达到最大(三)

  图8. 放大器噪声增益传递函数

  正如电阻噪声密度,图8的输出噪声密度转换为电压噪声Vrms的最精确方法是求噪声密度的平方,对整个频谱积分,然后计算平方根。然而,检查响应发现,一种简单得多的方法仅产生很小的误差。对于大多数系统,第一零点和极点出现的频率相对低于第二极点。例如,使用表1和表 2所示的规格,电路具有下列极点和零点:

  可编程增益跨阻放大器使光谱系统的动态范围达到最大(三)(8)

  可编程增益跨阻放大器使光谱系统的动态范围达到最大(三)(9)

  可编程增益跨阻放大器使光谱系统的动态范围达到最大(三)(10)

  峰值噪声为:

  峰值噪声为:(11)

  注意,与fp2相比,fz1 和 fp1出现在相对较低的频率。简单地假设输出噪声等于DC至fp2的高原噪声(公式11得出的N2),这将大大简化输出噪声所需的数学计算。

  在这一假设下,输出噪声等于输入噪声密度乘以高原增益,再乘以ENBW,即fp2 × π/2:

  可编程增益跨阻放大器使光谱系统的动态范围达到最大(三)(12)

  知道所有三个噪声源的等效输出噪声后,就可以将其合并以求得系统总输出噪声。这三个噪声源彼此无关且为高斯噪声,因此可以求和方根(RSS),而不是将其相加。使用RSS合并多项时,如果一项比其他项大三个数量级左右,结果将以该项为主。

  如果一项比其他项大三个数量级左右,结果将以该项为主。(13)

  图8的响应清楚地表明,运算放大器的噪声带宽远大于信号带宽。额外带宽没有其他作用,只会产生噪声,因此可以在输出端添加一个低通滤波器,衰减信号带宽以外的频率上的噪声。添加一个34 kHz带宽的单极点RC滤波器可将电压噪声从μVrms 降至 45 μVrms,总噪声从256 μVrms 降至仅52 μVrms。

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关键词: 可编程 增益跨阻 放大器

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