低固定增益差分放大器的噪聲測(cè)量

由隨機(jī)小電壓構(gòu)成的噪聲可能很難測(cè)量，實(shí)驗(yàn)室儀器本身的噪聲使測(cè)量問(wèn)題進(jìn)一步復(fù)雜化。測(cè)量噪聲時(shí)，常常要使用專(zhuān)門(mén)的技 術(shù)。例如，放大器通常配置為高閉環(huán)增益，以使放大輸入噪聲便于測(cè)量。但是，低固定增益差分放大器的噪聲測(cè)量面臨著更大的問(wèn)題，它集成反饋和增益電阻，不方 便使用高增益配置。此外，為了與頻譜分析儀接口，需要進(jìn)行差分單端轉(zhuǎn)換。第二級(jí)放大器可以提供增益并執(zhí)行差分單端轉(zhuǎn)換，巧妙地解決上述兩個(gè)問(wèn)題。

圖1顯示可選增益（1、2或3）差分放大器ADA4950-1后接低噪聲、低失真運(yùn)算放大器AD8099。 AD8099將差分輸出轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)，增益設(shè)為10。與ADA4950-1相比，AD8099的1nV/√Hz等效輸入電壓噪聲可忽略不計(jì)。 ADA4950-1的輸出放大10倍，其噪聲也成比例放大。利用0.5pF補(bǔ)償電容和10倍增益，AD8099具有足夠的帶寬來(lái)測(cè)量ADA4950-1的 噪聲；在系統(tǒng)的頻率響應(yīng)開(kāi)始滾降之前，工作頻率最高可達(dá)10 MHz。

圖1. 利用低噪聲、低失真運(yùn)算放大器A D8099測(cè)量可選增益差分放大器ADA4950-1的噪聲

AD8099的輸出電壓為： (1)

當(dāng)輸入接地時(shí)，測(cè)得的AD8099噪聲貢獻(xiàn)視為測(cè)量系統(tǒng)的噪底，然后測(cè)量包括ADA4950-1的總輸出噪聲，ADA4950-1的噪聲即為RSS（和的平方根）方法，用總噪聲減去AD8099的噪聲貢獻(xiàn)。如式2所示；其中Vn1為ADA4950-1的輸出噪聲，Vn2為AD8099的輸出噪聲。

總輸出噪聲為： (2)

為了精確測(cè)量系統(tǒng)噪聲，還采用了其它幾項(xiàng)技術(shù)：

• 測(cè)量AD8099的噪聲時(shí)，其輸入通過(guò)SMA連接器接地，SMA連接器的芯線對(duì)連接器的接地引腳短路。此外，SMA連接器焊在一起，直接在連接器上形成共用接地連接，而不是通過(guò)電路板。
• AD8099和ADA4950-1使用模擬控制電源。與數(shù)字控制電源相比，模擬控制電源能更好地抑制60Hz電力線耦合的噪聲和諧波。
• 所有鄰近儀器均關(guān)閉，除非測(cè)量需要使用。這可以最大程度減少由這些儀器控制器數(shù)字電路而產(chǎn)生的振蕩，這些振蕩可以通過(guò)空氣耦合至放大器。出于同樣的原因，使用4英尺電纜將電路板連接到頻譜分析儀，頻譜分析儀會(huì)拾取顯示器的刷新頻率，從而影響AD8099的輸出。
• 為使AD8099的噪聲貢獻(xiàn)較小，使用低值電阻(RF = 250 ?; RG = 25 ?)配置其增益。較低的值會(huì)引起AD8099振蕩。當(dāng)用短電纜將ADA4950-1與AD8099相連時(shí)，在250 MHz時(shí)可觀察到振蕩。當(dāng)使用1英尺電纜時(shí)，振蕩消失。

AD8099本身的噪聲貢獻(xiàn)非常?。?/p>

(3)

其中vn為輸入電壓噪聲，ni+和ni-為AD8099的輸入電流噪聲。

因?yàn)樾枰粋€(gè)大反饋電阻來(lái)放大該噪聲，但內(nèi)部反饋電阻值無(wú)法改變，所以不可能測(cè)量ADA4950-1的電流噪聲。

圖2所示的是測(cè)量結(jié)果，測(cè)量100 kHz及以下的噪聲使用的是Stanford Research Systems SR785，測(cè)量100 kHz以上的噪聲使用的是Agilent E4440 PSA頻譜分析儀。

圖2. 測(cè)試結(jié)果