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低噪聲運放測試方法與設計應用

音頻與部分AC領域為了使輸出信號更穩定平滑,會選用低噪聲的運算放大器來對輸入信號進行放大。低噪聲運算放大器 - MS8312便是常規的低噪聲運放,其規格書中的噪聲特性如下:

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那么如何來看待這三個參數所表示的意義呢?首先要從噪聲的分類說起,噪聲粗分為外部噪聲和固有噪聲,外部噪聲主要為數字交換、60Hz噪聲以及電源交換等,而固有噪聲較常見的是熱噪聲(也叫白噪聲)、閃爍噪聲(1/f噪聲)和電流噪聲等。MS8312規格書中的噪聲特性測量的就是該運放的常見的固有噪聲,其中電壓噪聲密度指的就是白噪聲在1KHz和10KHz時的噪聲功率,電流噪聲密度指的則是電流噪聲在1KHz時的噪聲功率。

在選擇低噪聲運算放大器時,電流噪聲比較小,且在測試時,因為輸入電阻的存在,電壓噪聲中也包含了電流噪聲,所以可以忽略不計。所以選擇低噪運放時,需要根據自己輸入的信號頻率選擇看不同的噪聲,例如:輸入信號為2KHz時,就需要看1KHz時的電壓噪聲密度,電壓噪聲密度越小,對輸入信號的影響越小。

1、噪聲測試

MS8312為例,測量1/f噪聲時,理念就是先將整體噪聲放大,然后再用濾波器將小于0.1Hz、大于10Hz的噪聲進行衰減。下圖就是MS8312測量到的閃爍噪聲:

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因為總共放大了100000倍,所以實際的閃爍噪聲為2.3uV。

電壓噪聲密度的測試方法,與閃爍噪聲的放大電路相似,區別只是在于輸出需要增加一個大電容,作用是隔絕掉輸出中的直流分量,因為有些頻譜分析儀不支持高電壓輸入。以MS8312為例,在頻譜分析儀上的結果如下:

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可以看到,頻譜分析儀測量到的為功率值,需要將其轉化為功率密度。

根據分貝毫瓦轉化為電壓有效值公式:

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電壓有效值轉化噪聲密度公式:

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計算出MS8312的電壓噪聲密度計算結果為:

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同理,10KHz時的MS8312電壓噪聲密度:

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2、設計應用

低噪聲運放經常作為接收系統的前端,在增益足夠大的情況下,可以抑制后級電路的噪聲,那么整個接收系統的噪聲系數將主要取決于放大器的噪聲。

在設計時需要注意以下幾點:

·?到低噪聲運放的信號要盡可能隔離外界的干擾,例如接線使用屏蔽線,且接線盡可能短

·?電源需要做好濾波,雖然MS8312的電源電壓抑制比有95dB,但仍會從電源過來一些噪聲

·?有條件更是可以將整個接收電路用屏蔽罩包裹起來,可以起到隔離環境中的噪聲

MS8312作為低噪聲運放,還有其他參數方面的優點,這些也可以間接的提升噪聲。例如:

·?MS8312常溫時,失調電壓極小,在300uV以內,這可以保證在大增益的情況下,不會導致輸出信號有很大的偏置

·?MS8312有10MHz的帶寬,這比市面上多數同類低噪聲運放的帶寬大,這可以保證在大增益的情況下,有更少的衰減

·?MS8312壓擺率有7V/us,在大增益時,如果輸入信號的頻率與幅度過大,這時候就需要有大的壓擺率

·?另外MS8312驅動能力較大,可以更好的驅動后一級

·?而且MS8312作為一顆CMOS工藝的運放,它還有軌到軌輸入輸出的特性,可以讓輸入輸出達到電源和地

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有如此多的優點,讓低噪聲運算放大器 - MS8312在低噪系統中得到了廣泛的應用。

轉載請注明出處:傳感器應用_儀表儀器應用_電子元器件產品 – 工采資訊 http://www.iohhome.com/17387.html

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