技术专家手把手教你计算放大器噪声系数.pdf

导读] 本文简要介绍了两种放大器架构的噪声系数计算，包括 inverting，non-inverting 架 构的噪声系数计算，并提供计算小工具。 关键词：噪声系数放大器 1. 引言 在各种放大器使用的场合，我们时常需要计算到放大器，却没有一个直观的方式 来看放大器这一级对链路噪声的影响。本文讨论了各种放大器架构下，放大器的噪声系数的 计算方式。 2. 放大器噪声指标 电子元件应用中，常见如下 5 种噪声来源： 1. 散弹噪声（shot noise，白噪声，在频谱中表现为平坦的） 2. 热噪声（thermal noise，白噪声，在频谱中表现为平坦的） 3. 闪烁噪声（flicker noise ，1/f 噪声） 4. 突发噪声（burst noise，脉冲噪声） 5. 雪崩噪声（Avalanche noise ，反向击穿时才出现的噪声） 基本上每个放大器都有输入电压噪声和输入电流噪声两个指标。在频域，通常其 单位用 nV/rtHz，和 pA/rtHz 来表征。 如下图： Figure 1 输入电压噪声和电流噪声曲线图例 按噪声种类来分， 其大致贡献在不同的频段如下： Figure 2 噪声种类分布图 如果把所有电容，电感都看做无噪声的器件，一个普通的放大器的输出噪声按主 要的贡献可以按如下图所示： Figure 3 放大器噪声分量分解 根据这个估计， 可以得到如下电阻值的电压噪声： 在输出的噪声中， 上图的各个分量其贡献如下： 输出的噪声是这些分量的均方和： Figure 4 放大器电压噪声等效输出模型 同理，对上式中的第 4 项，负端的电流噪声，也可以建立这样的模型： Figure 5 放大器电流噪声等效输出模型 3. 信噪比计算 以上的计算还仅限于噪声谱密度的计算，在实际应用中其实主要要关注的是信噪 比，这就要引入噪声计算中很重要的一点： 带宽。所以还需要考虑到带宽积分后的总噪声。 在得到一定带宽内的电压噪声密度后，需要把电压噪声换算成功率，才能进行积 分计算，而不能直接把电压噪声直接积分，如下： 假设我们已知一个放大器的电压噪声密 度为 5nV/rtHz，如果要计算 10Hz 以内的积分噪声，则按如下方式计算： Figure 6 通过噪声谱密度计算综合噪声 如我们上面所述，放大器的噪声分布是分区域的，如果再算上通道的滤波效应， 计算积分噪声的步骤如下： Figure 7 输入电压噪声及电流噪声谱密度频率分布图 1. 1/f 噪声区域（en1/f ） Figure 8 1/f 噪声 Figure 9 平坦带噪声 以上的