實(shí)用噪聲放大器原理
加入技術(shù)交流群
外部噪聲
一些工程師認(rèn)為外部噪聲不應(yīng)該被稱為噪聲，因?yàn)樗皇请S機(jī)產(chǎn)生的，使用“干擾”一詞也許更恰當(dāng)。首先，簡單談?wù)勅N外部噪聲的主要來源：
RFI耦合
環(huán)境中充斥著各種電磁波，雖然這些射頻干擾信號通常在目標(biāo)帶寬以外，但器件的非線性有時(shí)會調(diào)整這些信號，將其帶入目標(biāo)區(qū)域中。特別是連接傳感器的引線較長時(shí)，噪聲一般會從輸入引線進(jìn)入電路。
抑制射頻干擾的辦法包括：輸入端濾波、屏蔽和采用雙絞線輸入。
電源噪聲
電子電路抑制電源線信號的能力有限，尤其是頻率較高時(shí)，因此必須先消除電源線上的高頻干擾，使其無法到達(dá)低噪聲電路。可以對電源進(jìn)行適當(dāng)濾波以及IC本身采取良好的旁路措施來實(shí)現(xiàn)。敏感模擬電路與數(shù)字邏輯應(yīng)采用不同的電源，至少應(yīng)深度濾波。
接地環(huán)路
我們經(jīng)常可以從原理圖上看到很多的接地符號，但必須注意，在實(shí)際電路中任何兩點(diǎn)的電位都不可能完全相等，電流會流經(jīng)地線，從而產(chǎn)生電位差。必須考慮電流如何流動，并將高電流路徑與敏感電路隔離。例如，實(shí)用新型接地配置，或者將模擬地層與數(shù)字地層接在一個(gè)點(diǎn)上。
內(nèi)部噪聲
內(nèi)部噪聲來源于信號鏈中的電路元件，IC數(shù)據(jù)手冊中相關(guān)的性能規(guī)格就是針對這種噪聲。典型的內(nèi)部噪聲源包括傳感器、電阻、放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
電阻噪聲
電阻噪聲分為兩類：一是內(nèi)部熱噪聲，這種噪聲與電阻構(gòu)造無關(guān)，僅取決于總電阻、溫度和帶寬，它與所施加的信號無關(guān)；二是附加電流噪聲，通常被稱為過量噪聲，它取決于電阻的構(gòu)造，與熱噪聲不同，電阻電流噪聲與所施加的電壓有關(guān)。薄膜電阻和繞線電阻具有出色的電流噪聲性能，其噪聲主要是內(nèi)部熱噪聲。炭核電阻則不然，一般認(rèn)為其噪聲性能較差，在之后的討論中我們將假設(shè)在低噪聲設(shè)計(jì)中使用高質(zhì)量薄膜電阻，因此可以忽略電流噪聲，只專注于熱噪聲。
理想電阻的熱噪聲公式為：
可以看出，熱噪聲取決于溫度、電阻、帶寬和波爾茲曼常數(shù)。但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，并不要求記住這個(gè)公式，因?yàn)槲覀冇幸粋€(gè)非常方便的速算法。
討論噪聲時(shí)，平方根符號會一再出現(xiàn)，公式中含有一個(gè)常數(shù)項(xiàng)，即波爾茲曼常數(shù)k。第二項(xiàng)是溫度，請注意，噪聲隨溫度升高而增大，此溫度的單位為k，因此溫度對噪聲的影響可能不如想象那般大。多數(shù)工程師會忽略溫度對噪聲的影響，請記住你所看到的噪聲規(guī)格僅針對室溫有效。第三項(xiàng)是電阻值，最后一項(xiàng)是帶寬。
應(yīng)該記住這個(gè)公式，1kΩ電阻在室溫下的熱噪聲為
，即
無論從事何種噪聲相關(guān)工作，這一算式都將使您永遠(yuǎn)受益。這個(gè)速算公式可以方便地應(yīng)用于其他電阻值。
放大器噪聲
圖1所示為放大器噪聲模型。放大器噪聲分為兩類：一種是電壓噪聲（VX），另一種是電流噪聲（IX）。在實(shí)際電路中，放大器由許多晶體管組成，所有這些晶體管都有噪聲。幸運(yùn)的是，所有晶體管的噪聲都可以折合到放大器的輸入端。
評論