正確選擇低噪聲放大器

噪聲參數

盡管影響放大器噪聲性能的參數有很多，但最重要的兩個參數是：電壓噪聲和電流噪聲。電壓噪聲是指在沒有它噪聲干擾的情況下，放大器輸入短路時出現在輸入端的電壓波動。電流噪聲是指在沒有其它噪聲干擾的情況下，放大器輸入開路時出現在輸入端的電流波動。

描述放大器噪聲的典型指標是噪聲密度，也稱作點噪聲。電壓噪聲密度單位為nv/，電流噪聲密度通常表示為pa/。在低噪聲放大器數據資料中可以找到這些參數，而且，一般給出兩種頻率下的數值：一個是低于200hz的閃爍噪聲；另一個是在1khz通帶內的噪聲。簡單起見，這些測量值以放大器輸入端為參考，不需要考慮放大器增益。

圖1所示為電壓噪聲密度與頻率的對應關系曲線。噪聲曲線與兩個主要的噪聲成份有關：閃爍噪聲和散粒噪聲。閃爍噪聲是所有線性器件固有的隨機噪聲，也稱作1/f 噪聲，因為噪聲振幅與頻率成反比。閃爍噪聲通常是頻率低于200hz時的主要噪聲源，如圖1所示。1/f角頻率是指噪聲大小基本相同、不受頻率變化影響的起始頻率。散粒噪聲是流過正向偏置pn結的電流波動所造成的白噪聲，也出現在該頻段。值得注意的是：電壓噪聲的1/f角頻率與電流噪聲的1/f角頻率可能會不同。

公式1是指定頻率下噪聲與帶寬對應關系。為計算總噪聲，用et (以nv/為單位)乘以帶寬的平方根即可。例如，如果放大器的帶寬范圍為100hz至1khz，那么，下式就是整個帶寬范圍內的總噪聲：

根據公式1和圖2可很容易地看出電路源阻抗對噪聲的影響。源阻抗較低的系統，電壓噪聲是主要的噪聲來源；源阻抗增大時，電阻噪聲占主導地位，甚至可以忽略放大器的電壓噪聲。源阻抗繼續增大時，電流噪聲成為噪聲的主要因素。

放大器設計對噪聲性能的影響

噪聲性能是放大器設計的一個考慮因素，三種常見的低噪聲放大器分別為：雙極型、jfet輸入和cmos輸入。盡管每種設計都能提供低噪聲特性，但其性能不同。

雙極型放大器

雙極型放大器是低噪聲放大器中最常見的選擇。低噪聲、雙極型放大器，如max410，可提供極低的輸入電壓噪聲密度(1.8nv/)和相對較高的輸入電流噪聲密度(1.2pa/)。該類放大器的單位增益帶寬的典型值小于30mhz。
為確保從雙極型運算放大器獲得低電壓噪聲，ic設計人員會在輸入級設置較高的集電極電流。這是因為電壓噪聲與輸入級集電極電流的平方根成反比；然而，運算放大器電流噪聲與輸入級集電極電流的平方根成正比。因此，外部反饋和源阻抗必須盡可能低，以獲得較好的噪聲性能。輸入偏置電流與輸入集電極電流成正比，因此必須使源阻抗盡可能低，以便降低偏置電流產生的失調電壓。

雙極型放大器的電壓噪聲通常在其等效源阻抗小于200時占主導地位。較大的輸入偏置電流以及相對較大的電流噪聲使雙極型放大器非常適合源阻抗較低的應用。

jfet輸入放大器

與雙極型設計相比，jfet輸入低噪聲放大器具有超低輸入電流噪聲密度(0.5fa/)，但輸入電壓噪聲密度相對較大(大于10nv/)，jfet設計允許單電源工作。1pa的輸入偏置電流使jfet放大器非常適合高阻抗信號源應用。但是，由于jfet放大器的電壓噪聲較大，在源阻抗較低的應用中，它通常不是設計工程師的首選。

cmos輸入放大器

新型cmos輸入低噪聲放大器能夠提供與雙極型設計相當的電壓噪聲指標。cmos輸入放大器的電流噪聲與最好的jfet輸入設計相當，甚至優于jfet輸入放大器。例如，max4475具有低輸入電壓噪聲密度(4.5nv/)和低輸入電流噪聲密度(0.5fa/)，單電源供電時可提供超低失真(0.0002% thd+n)。這些特性使得cmos輸入放大器成為低失真、低噪聲應用(如音頻前置放大器)的最佳選擇。另外，cmos輸入放大器允許非常低的輸入偏置電流、低失調電壓和非常高的輸入阻抗，能夠滿足源阻抗較高的信號調理，如：圖3所示的光電二極管前置放大電路。圖4所示為用于16位dac輸出的緩沖器。

比較所有的噪聲源，可以看出：新型cmos輸入放大器(例如max4475)能夠為較低頻率的模擬應用和絕大多數前端應用提供最佳的噪聲指標，特別是高源阻抗、寬帶設計