低噪声放大器选择

2004年10月A版
低噪声放大器的研发会促进RF/无线应用的发展。而对于较低频率的模拟应用(如缓冲数据转换器，放大应变片信号，前置放大麦克风输出)，噪声也是一个关键考虑因素。在选择放大器前，工程技术人员首先必须了解噪声参量，以确定放大器是否为低噪声。另外，了解IC的内部结构(双极型，JFET输入或CMOS输入型)对于决定噪声参量也是完全必要的。

噪声参量
尽管有很多参量用来标定放大器的噪声性能，但两个最重要的参量是电压噪声和电流噪声。电压噪声定义为放大器输入短路、无其他噪声输入时的电压起伏。电流噪声定义为放大器输入开路、无其他噪声时输入端的电流起伏。

图1 典型的电压噪声密度与频率关系曲线，它依赖于两个主要的噪声分量：闪烁噪声和散粒噪声。闪烁噪声或1/f噪声与频率成反比，在频率低于200Hz 时它是主要的噪声源

图2 放大器电路的源阻抗是主要的噪声源。随着源阻抗的增大，电流噪声成为噪声中的主导成份

图1示出电压噪声密度与频率的关系曲线。噪声曲线依赖于两个主要的噪声分量：闪烁噪声和散粒噪声。闪烁噪声是所有线性器件固有的随机噪声，它也称之为1/f噪声，其幅度与频率成反比。在频率低于200Hz时，闪烁噪声通常是主要的噪声源。1/f角频率是高于噪声幅度趋于平坦并与频率无关时对应的频率。正向偏置pn结的电流起伏所引起的散粒噪声(白噪声)会出现在此频率范围。注意，电压噪声的1/f角频率与电流噪声的1/f角频率可能是不同的。
放大器电路的总噪声依赖于所选放大器、  电路阻抗、增益、电路带宽和环境温度。来自电路外部电阻器的热噪声也是总噪声计算的一部分。图2示出放大器和有关噪声分量的实例。
对于给定频率，运放总输入噪声的标准表示式为：
     (1)
其中Rn为反相输入端等效串联电阻，Rp为同相输入端等效串联电阻，en为给定频率的输入电压噪声密度，in为给定频率处的输入电流噪声密度，T为环境温度(ok),k为波耳兹曼常数(1.28