低噪聲放大器選擇

2004年10月A版
低噪聲放大器的研發會促進RF/無線應用的發展。而對于較低頻率的模擬應用(如緩沖數據轉換器，放大應變片信號，前置放大麥克風輸出)，噪聲也是一個關鍵考慮因素。在選擇放大器前，工程技術人員首先必須了解噪聲參量，以確定放大器是否為低噪聲。另外，了解IC的內部結構(雙極型，JFET輸入或CMOS輸入型)對于決定噪聲參量也是完全必要的。

噪聲參量
盡管有很多參量用來標定放大器的噪聲性能，但兩個最重要的參量是電壓噪聲和電流噪聲。電壓噪聲定義為放大器輸入短路、無其他噪聲輸入時的電壓起伏。電流噪聲定義為放大器輸入開路、無其他噪聲時輸入端的電流起伏。

圖1 典型的電壓噪聲密度與頻率關系曲線，它依賴于兩個主要的噪聲分量：閃爍噪聲和散粒噪聲。閃爍噪聲或1/f噪聲與頻率成反比，在頻率低于200Hz 時它是主要的噪聲源

圖2 放大器電路的源阻抗是主要的噪聲源。隨著源阻抗的增大，電流噪聲成為噪聲中的主導成份

圖1示出電壓噪聲密度與頻率的關系曲線。噪聲曲線依賴于兩個主要的噪聲分量：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，它也稱之為1/f噪聲，其幅度與頻率成反比。在頻率低于200Hz時，閃爍噪聲通常是主要的噪聲源。1/f角頻率是高于噪聲幅度趨于平坦并與頻率無關時對應的頻率。正向偏置pn結的電流起伏所引起的散粒噪聲(白噪聲)會出現在此頻率范圍。注意，電壓噪聲的1/f角頻率與電流噪聲的1/f角頻率可能是不同的。
放大器電路的總噪聲依賴于所選放大器、  電路阻抗、增益、電路帶寬和環境溫度。來自電路外部電阻器的熱噪聲也是總噪聲計算的一部分。圖2示出放大器和有關噪聲分量的實例。
對于給定頻率，運放總輸入噪聲的標準表示式為：
     (1)
其中Rn為反相輸入端等效串聯電阻，Rp為同相輸入端等效串聯電阻，en為給定頻率的輸入電壓噪聲密度，in為給定頻率處的輸入電流噪聲密度，T為環境溫度(ok),k為波耳茲曼常數(1.28