不可不知的運算放大器的噪聲

1 為何最近又強調低噪聲放大問題?

　　低噪聲放大的部分問題與信噪比(SNR)有關。

　　2 我們談論的噪聲究竟是哪一種?

　　這種噪聲是放大器本身固有的，或者由相應的無源器件所產生并放大的。

　　外部噪聲則是系統級的問題。

　　3 這種噪聲的來源是什么?

　　熱噪聲來源于輸入和反饋電阻(e n，R2)、放大器的固有電壓噪聲(e n)和電流噪聲(i n)(圖1)。如圖1所示，折合到輸入端的噪聲方程(N o i s e R T I)顯示了所有的噪聲源的貢獻。表達式的電阻噪聲中的“k”因子是波爾茲曼常數。T是絕對溫度、R是以歐姆為單位的電阻。一個經驗法則是，1kΩ的電阻在室溫下產生的噪聲為4nV/ Hz，這比某些現代運放的噪聲還高。

　　4 如何表示噪聲?

　　為了讓所有的噪聲源能夠以先平方和再求平方根的方式簡單地組合起來，基帶噪聲指標以nV(或者pA)/ Hz來表示。只要噪聲源是不相關的，這一表示就是可行的，于是在整個頻譜上，出現任何給定的信號幅值的概率滿足正態(高斯)分布。

　　5 噪聲在所有的頻率上并非真正是恒定?

　　的確不是。e n和i n有兩個分量( 圖2a)：低頻的“1/f”噪聲，其頻譜密度隨著頻率降低而以3dB/倍頻程的速率上升，具有分布在更高頻率上平坦化頻譜分布的“白”噪聲。對于1/f噪聲有著重要影響的應用來說，在產品手冊中可找到有限帶寬上的峰-峰值噪聲指標，例如0.1~10Hz(圖2b)。

　　6 什么是“拐角”頻率?它為何具有重要性?

　　1/f噪聲的頻譜密度等于白噪聲的頻率點被稱為1/f拐角頻率(F C)。它可以通過延長噪聲圖線的1/f和白噪聲部分，得到其交點來確定。它是一個重要的優值。此外，電壓和電流噪聲的1/f拐角頻率不一定相同。不過一般來說只規定電壓噪聲。

　　7　在選用低噪聲放大器的過程中，應該如何利用這一信息?

　　考慮所感興趣的頻帶，把頻帶內的rms噪聲與你的系統要求聯系起來。

　　由于噪聲是以頻率的平方根來表示的，各種噪聲的貢獻可以通過將各噪聲的平方求和后再求平方根來計算。

　　于是，在帶寬F L~F H內，總的r m s電壓噪聲en,rms可以簡單表示為：