使用有源匹配电路改善宽带全差分放大器的噪声性能

图2：针对FDA的噪声分析电路。

任何基于电压反馈的宽带FDA都能使用这个设计流程将实现电阻值减小到公式2允许的最小值。表1显示了适用这种分析的一些最小噪声宽带增益宽带乘积(GBP)FDA。

表1：一些现代FDA器件和关键参数。

针对图1所示的设计例子逐步减小Rf，重新计算其它电阻值，然后就能得出表2所示的以输入为参考的噪声结果。对这4个例子器件的任何一个来说电阻值(实际值)是相同的，在50Ω输入匹配时从Rt输入端看的增益为5V/V(参考文献4)。以公式5得到的输出噪声为参考的输入增益为5，此时每种器件的估计输入点噪声见表2(其中仍包含假设的嵌入图2中Rg元件的50Ω源噪声)。

表2：电阻值和结果噪声列表。

由于减小了电阻噪声贡献和噪声增益，所以减小Rf设计值将同样减少噪声。160.71Ω的最小值使Rt趋于无穷大，进而获得可能最小的输入噪声和噪声增益。不断下降的噪声增益(当Rt开路时等于1+Av/2)也将扩展这些电压反馈器件的带宽。减小这些电阻的一种好处是共模控制环路带宽能够使有源输入匹配电路保持在从接近Rs的Rg1处观察到的频率之上。在Rt ->∞的限制下，表2最后一行的14.3Ω Rg1将被共模环路转换为50Ω有源输入阻抗。另外一个考虑因素是由于更低Rf值而增加的输出级负载，这将增加实际差分负载，从而可能降低谐波失真性能。图3绘制出了以输入为参考的噪声与表2中的Rf之间的关系曲线。通过减小Rf降低噪声直到与想要的输入匹配频率范围和加载因素一致明显是有很大好处的。针对这些设计目标从选取Rf = 500Ω开始并且一直处理到最小161Ω值，可以将使用最低噪声的ISL55210的总输入点噪声从大约2.15nV/√Hz降低到1.06nV/√Hz。将50Ω源阻抗提供的噪声电压返回匹配的输入端(仍包含在这个1.06nV/√Hz最小值内)可以得到0.96nV/√Hz这个仅放大级的以输入为参考的噪声。

图3：以输入为参考的噪声比较与目标Rf值。

删除Rt并只使用有源匹配设计

将上述分析应用到极限，彻底删除Rt元件，然后唯一地求解出要求的一组电阻值。在假定目标输入阻抗匹配Rs、从Rg1到差分输出有增益的情况下求解所要求的Rf，可以得到简化的设计公式6至8，其中公式6只是公式2的Rfmin表达式的重复。

然后，Rg2 = Rs + Rg1 Equation 8

使用这个简化设计中的NG=1+Av/2将这些表达式放入公式5的输出噪声计算，得到噪声系数(NF)表达式，即公式9(参考文献5)。

从14dB(较早前使用的5V/V)增益开始，针对固定50Ω输入阻抗将增益以2dB步距往上提高，并且使用0.85nV/√Hz和表1中针对ISL55210的5pA/√Hz电流噪声，可以得到要求的电阻值和结果噪声，如表3所示。