用TI的OPA129搭建极微弱电流放大器.pdfVIP

标签： 微弱电流 低偏置电流放大器 低噪声 [原创 ] 用 TI 的 OPA129 搭建极微弱电流放大器 用 TI 的 OPA129搭建极微弱电流放大器 微弱电流放大的理论很多； 但在工程实践中制作微弱电流的放大， 关键还是在调 试的功夫。 而调试的功夫离不开对低噪声放大器各项参数的深入理解。 下面围绕 TI 公司的 OPA129深入实践这种放大方法。 1，设计要求 这是一个传感器的前端低噪放，传感器的信号是大约 10～100pA的电流脉冲信 号，信号带宽上限约为 1KHz，要求将此电流信号尽可能不失真的放大出来。 2，器件选型 根据需求， 我们应该考虑片子的这几个参数， 偏置电流极低， 放大器输入电容较 小，差分输入电阻极大，电流和电压噪声较低，电源抑制比较高的放大器。 根据设计需要选择 TI 公司的 OPA129超低偏置电流差分运算放大器， 其主要指标 为： 1) ，偏置电流： 这是运算放大器两输入端流进或流出直流电流的平均值。 因为我 们放大的信号大约是 10pA，所以要求偏置电流应该远远小于这个值，而 OPA129 的偏置电流为± 30fA 。 2) ，放大器的差分输入电阻和输入电容：因为 10pA的信号需要很大的反馈电阻 做放大，所以应该选择输入差分电阻远远大于反馈电阻； 而输入电容的大小会对 信号的带宽带来限制，所以应该选择极小的输入电容。 OPA129的这两个参数分 别为 10e13 欧姆和 1pF。 3) ，电流和电压噪声： 这个指标会影响输出信号的信噪比。 这个指标后面会有一 个估算， 而且有详细的解释。 OPA129的典型噪声参数， 电压 17nV/sqrt(Hz) ，电 流 0.1fA/sqrt(Hz) 。 4) ，电源抑制比： 因为是微弱信号放大， 对电源要求是显而易见的， 一般放大器 里 datasheet 给的电源抑制比都是指直流的，但是这个值在频率增大时会降低。 OPA129很贴心的给出了 1Hz到 1MHz的电源抑制比，其典型值在 90dB。 3，设计估算 TI 公司的网站有很多设计工具，也有他们各种器件的 spice 模型，设计者在设 计的一开始应该对所要设计的问题做一下评估，这些都是非常有用的工具。 1) ，噪声估计 TI 公司有一个 Noise Calculator 工具，是用 Excel 表格做的，里面包含所有的 放大器，我们现在就用这个工具来估计一下噪声。 噪声估计模型和具体参数设计见图 1 所示： 反馈电阻 R2选择 200Mohm，这个是主要的噪声来源。 从计算结果可以看出来， 一直到放大器的 0dB 增益处 （1MHz），即使放大器后面 我不加低通滤波器，其输出噪声为大约 30uVrms，这个值的含义是简单来说，就 是用示波器在输出端测试，热噪声的电平出现 30uVrms*3*2=180uVpp的概率为 0.1 ％，而我们最小的信号 10pA，经过 200Mohm的电阻，放大后的值为 2mV，这 样的底噪声还是可以接受的。 其实这样的放大，后面肯定有相应的滤波，如果我把滤波器的带宽设计在 1kHz 处，那么理论上底噪声还会大大减小。