用少量元件實現(xiàn)噪聲減半的自動調(diào)零放大器

Analog Devices AD8553自動調(diào)零儀表放大器有一個獨特的結構，它的兩只增益設定電阻沒有公共節(jié)點（參考文獻1）。該IC的前級是一個精密電壓/電流轉換器，其中增益電阻R1設定了互導的大小。IC的后級是一個精密電流/電壓轉換器，與反饋電阻R2的值共同確定了總體電壓增益，即G=2(R2/R1)。會發(fā)現(xiàn)，兩只增益設定電阻是相互獨立的，輸入級是一個壓控電流源，可以減少有極端降噪需求的放大器的元件數(shù)。

　　有兩種方式，用更多的放大器來降低噪聲。首先，假設放大器中的隨機噪聲源互相獨立。另外，假設噪聲服從一種高斯分布。當對傳統(tǒng)電壓放大器輸出作均化時，可以用N只放大器和三倍數(shù)量的電阻，將噪聲降低到1/√N（參考文獻2）。AD8553的內(nèi)部結構可以只用N+1只電阻，將幾乎無限數(shù)量的IC并行工作。通過將更多IC的相應輸入端并聯(lián)，連接起來的內(nèi)部電壓/電流源也很容易并行工作（圖1）。多只IC的并聯(lián)輸入端有微伏級的輸入電壓偏置失配，在這里是無害的，因為電壓/電流轉換器的輸出電阻理論上是無限大。

　　N個輸入級并聯(lián)的最終結果是，它們的輸出電流為N(VINP-VINN)/(2R1)，或者是單只IC的N倍。只要使用N只IC電流/電壓級中的一級。該級的反饋電阻阻值為R2/N，其中R2是對應于單只IC所需電壓增益AV的值。由于放大器IC中的主要噪聲源是其輸入級，可以假設N個并聯(lián)電壓/電流轉換器的輸出電流隨機成份的標準差為sNI=sI×√N，其中sI是一個電壓/電流轉換器的輸出電流隨機成份的標準差。這些結果與參考文獻2中所述有差別，該文作者是通過多個電壓的平均來實現(xiàn)降噪。另一方面，圖1中電壓/電流轉換器公共輸出的電流確定部分是單只IC值的N倍。下列公式用于計算RSNR（相對信噪比），它定義為對輸出噪聲標準差的輸出電流：RSNRN=(N×I)/(sI×√N)=√N×RSNR1。公式的含意是：與單只IC相比，實際電路噪聲降低了1/√N。