工程師必讀的放大器設計100問

　　Q86[問：] 噪聲參數最主要的幾個指標是什么分別代表什么?

　　[答：] 運放中，要考慮電流噪聲和電壓噪聲。數據手冊中，一般會以噪聲密度的形式給出。

　　Q87[問：] 在我們的應用中采用多圈電位計做角度位置測量，用5V開關電源供電，測量電壓傳送給MCU進行AD采樣，采樣位數為10bit,但測量對象未運動時采樣值總是有2~4個單位的跳躍，用萬用表測量該電壓則幾乎沒有變化，請問如何在電路上解決跳數問題?

　　[答：] 這個狀態屬于正常現象，如果輸入本身沒有引入其他噪聲(可達到ADC的精度要求)，ADC本身也會存在有效位數的問題，最后一位不穩定并不能說明ADC性能不符合指標，可以用這個跳躍輸出信號計算ADC的rms噪聲，也可以輸入滿幅的正選波測試一下其動態性能。

　　Q88[問：] 在生物電信號中，只要10K的信號通帶1uV的最小信號增益為100時，有沒有更好的放大器?

　　[答：] 你可以試試AD8221，它的噪聲密度為8nV/sqrtHz。

　　Q89[問：] 電阻噪聲是否在一般電路不予以考慮?

　　[答：] 一般是這樣，主要是取決于你的應用。

　　Q90[問：] 能否具體解釋“將增益集中于前級放大會比將增益分配至二級放大有利于減少噪聲”等含義?

　　[答：] 放大器的增益會使輸入的噪聲增大，如果增益集中于第一級，引入的噪聲只有前級的，如果增益分布在兩個放大器，則噪音會來自兩級而且同時被放大。

　　Q91[問：]使用AD8551，傳感器輸出電阻為80K左右，輸出信號為uV，放大100倍，可以嗎?

　　[答：] 由于你的傳感器的阻抗很大，它本身引入的噪聲就很大，比你的輸入信號都大，就算是AD8551能做到比較低的噪聲，也是不行的。

　　Q92[問：] 傳感器內阻100k，輸出uV，如要將其放大100倍，帶寬<10Hz,如何設計放大電路，如何避免噪聲?

　　[答：] 由于傳感器的內阻很大，你最好不要使用單端的方法連接電路，對于傳感器位于板外的低噪聲測量應用，最好使用儀表放大器之類差分輸入放大器。

　　Q93[問：] 噪聲的來源是什么?怎么樣能消除?

　　[答：ADI專家] 噪聲分為內部和外部噪聲，對于外部噪聲我們可以采取濾波的方式減少，而內部噪聲，即器件的噪聲則不能消除。

　　Q94[問：]有沒有一個通用的噪聲單位?

　　[答：] 在一般情況下，你應用1 kΩ→ 4 nV/√(Hz)公式，即可評估噪聲。

　　Q95[問：] 現在許多MCU產品都自帶AD外設，但市場上還有許多AD轉換芯片，比如貴公司的許多高精度轉換芯片產品，我比較了一下，專用的AD轉換芯片可以把精度和采樣速度做得很高，比如16bit以上，動輒百兆位每秒的采樣速率，而MCU自帶的AD則鮮有14bit以上的，采樣速度也較慢，但是這兩點也不是絕對，新推出的MCU產品在這兩方面的性能指標也是不斷提升的，而且較之采用專用AD轉換芯片，采用自帶的AD外設就省去了與MCU接口的麻煩，請問，專用AD轉換芯片除了采樣精度、采樣精度稍占優勢外，還有什么其他優勢?

　　[答：] 精度和采樣速度是單片ADC的主要優勢，比較我們的ADUC7、8系類的單片機與相應精度的ADC，它們的指標差不多，只是對于采樣速率、輸入信號的范圍、通道數等指標會比較靈活，所以具體選擇哪類ADC,還是取決于你的應用要求。

　　Q96[問：] 請問，車載MP4電路設計如何處理電路噪聲，電路更安全?

　　[答：] 對于車載MP4的電路，主要要處理的就是電磁干擾引入的噪聲，你需要注意各功能模塊在PCB上的分布，可以采取一些電源去耦、屏蔽、濾波等方法去除干擾。

　　Q97[問：] how to lower the offset in amplifier?

　　[答：] 有極少數的運放可以在外部進行Offset的調節，現在運放的Offset一般都會做得很小，如果一定要做調整，可以在數字域將Offset去掉。

　　Q98[問：] how to reduce the noise in input stage?

　　[答：] 輸入極的噪聲與輸入極的電阻，電阻越小，本身產生的噪聲就越小，同時運放的電流噪聲，電壓噪聲要選擇盡量低的型號。

　　Q99[問：] 放大器的自激和噪聲抑制

　　[答：] 自激的問題要在電路設計之初進行解決，使電路的相位裕度至少大于45度。噪聲首先要選擇低噪聲的運放，其次可以在輸出加濾波器濾除噪聲。

　　Q100[問：] 選用高質量的電阻可以有效抑制電流噪聲，但是成本就相對高點，請問電阻的選擇如何在成本和品質之間均衡呢?

　　[答：] 這取決于設計者的權衡考慮，即在產品性能和成本之間進行選擇。

　　Q101[問：] 請重點講解一下在設計微小信號調理中元器件本身帶來的噪聲處理方式，以及一個電路中電源噪聲如何更好更優的處理。

　　[答：] 選擇噪聲小的元件來從源頭上減小噪聲。電源可以用LDO來實現，如果用DC-DC，那么需要在DC-DC，需要在輸出進行多極的LC濾波。

　　Q102[問：] 在低頻測量情況下，模擬地和數字地應該分開嗎?還是共地?謝謝

　　[答：] 模擬數字地要分開，最后在ADC處連接在一起，比如，您可以看看AD7705這類Sigma-Delta ADC的芯片資料或評估板PCB圖

　　Q103[問：] 請問剛才說的1千歐對應4NV/根號HZ9千歐對應12倍噪聲?

　　[答：] 9千歐對應的噪聲為4nV/Hz與3的乘積。

　　Q104[問：]如何降低器件的內部噪聲以及削弱外部噪聲?

　　[答：] 首先要找出外部和內部的噪音源分別是什么?再根據具體的噪聲源來采取降噪處理。比如說如果您的電流噪音過大，可以通過減小電阻值的方法。

　　Q105[問：] 詳細說明單電源供電時的一些注意事項?

　　[答：] 輸入信號的范圍是否在單電源供電范圍內。

　　Q106[問：] 怎樣提供放大器的帶寬?

　　[答：] 有時最佳帶寬性能的要求可能與最佳噪聲性能的要求相沖突。對于帶寬，我們希望每個增益級具有近似的增益，而對于噪聲，我們則希望第一級具有全部增益。前級應用盡可能多的增益

　　Q107[問：]你好,請問為什么很多噪聲都是以"mv/(根號Hz)"形式表示.謝謝!

　　[答：] 只是一種噪聲特性描述的方法之一：頻譜噪聲密度。

　　Q108[問：]在同相放大器應用中，+到地的偏置電阻就成為了放大器的輸入阻抗，在需要高輸入阻抗的應用中，該電阻的熱噪聲和放大器的噪聲電流作用產生的噪聲都不可能忽略，怎樣權衡，但實際應用中該電阻是無法省略的，因為需要提供偏置電壓?

　　[答：] 根據具體應用是高輸入阻抗還是噪音對您的系統更加重要，來具體權衡。

　　Q109[問：]有關運算放大器的噪聲我應該知道些什么 ?

　　答：首先,必須注意到運算放大器及其電路中元器件本身產生的噪聲與外界干擾 或無用信號并且在放大器的某一端產生的電壓或電流噪聲或其相關電路產生的噪聲之間的區別。

　　干擾可以表現為尖峰、階躍、正弦波或隨機噪聲而且干擾源到處都存在：機械、靠近電源線、射頻發送器與接收器、計算機及同一設備的內部電路 ( 例如,數字電路或開關電源 )。認識干擾,防止干擾在你的電路附近出現,知道它是如何進來的并且如何消除它或者找到對付干擾的方法是一個很大的題目。

　　如果所有的干擾都被消除,那么還存在與運算放大器及其阻性電路有關的隨機噪聲。它構成運算放大器的控制分辨能力的終極限制。

　　Q110[問：]：請你講一下有關運算放大器的隨機噪聲。它是怎么產生的 ?

　　答：在運算放大器的輸出端出現的噪聲用電壓噪聲來度量。但是電壓噪聲源和電流噪聲源都能產生噪聲。運算放大器所有內部噪聲源通常都折合到輸入端,即看作與理想的 無噪聲放大器的兩個輸入端相串聯或并聯不相關或獨立的隨機噪聲發生器。我們認為運算放大器噪聲有三個基本來源：

　　( 1 )一個噪聲電壓發生器 ( 類似于失調電壓,通常表現為同相輸入端串聯 )。

　　( 2 )兩個噪聲電流發生器 ( 類似偏置電流,通過兩個差分輸入端排出電流 )。

　　( 3 )電阻噪聲發生器 ( 如果運算放大器電路中存在任何電阻,它們也會產生噪聲。 可把這種噪聲看作來自電流源或電壓源,不論哪種形式在給定電路中都很常見 )。

　　運算放大器的電壓噪聲可低至 3 nV/Hz 。電壓噪聲是通常比較強調的一項技術指標,但是在阻抗很高的情況下電流噪聲常常是系統噪聲性能的限制因素。這種情況類似于失調,失調電壓常常要對輸出失調負責,但是偏置電流卻有真正的責任。雙極型運算放大器 的電壓噪聲比傳統的 FET 運算放大器低,雖然有這個優點,但實際上電流噪聲仍然比較大。 現在的 FET 運算放大器在保持低電流噪聲的同時,又可達到雙極型運算放大器的電壓噪聲水平 。

　　Q111問：低噪聲系統的設計技巧有哪些? 答：低噪聲系統設計的第一個竅門是在前級應用中盡可能多的增益，圖4顯示的是一個放大器前端的兩個例子，增益為10。可以看出，將所有增益應用于第一級，比將增益分布于兩級要好得多。請注意，有時最佳帶寬性能的要求可能與最佳噪聲性能的要求相沖突。對于帶寬，我們希望每個增益級具有近似的增益，而對于噪聲，我們則希望第一級具有全部的增益。

　　第二個竅門是注意源阻抗。這樣做有兩個原因：第一，源阻抗越大，則系統噪聲越大;第二，放大器必須與源阻抗匹配良好，如果源阻抗較高，電流噪聲噪聲特性可能比電壓噪聲特性更重要。

　　第三個竅門是要注意反饋電阻，如果選擇超低噪聲運算放大器，卻使用很大的反饋電阻，則不可能實現低噪聲電路，在同相(圖5)或反相配置中，注意反饋電阻相當于折合到輸出端的噪聲源。而其他電阻則相當于輸入端的電壓源，更準確的說，是反相配置輸入端的電壓源。前文已經談到，設計低噪聲系統時，第一級應用有高增益，這種情況下Rg噪聲占主導地位。