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放大器设计111问[工程师必读]

已有 259 次阅读2015-10-7 15:11 |个人分类:集成电路设计| 关键词: 放大器, 放大器设计, 运算放大器, 放大器噪声模型

噪声是电子设计中必须处理等信号之一,我们都知道放大器的噪声有两种类型:一种是外部噪声,来源于放大器外部;另一种是内部噪声,来源于器件本身,处理放大器的噪声对于提升电子产品的性能至关重要,这里我们以问答形式对放大器噪声原理进行阐述,并阐述一些如何处理放大器噪声等实用技巧,本文例举放大器设计中111个经典问题和答复,对于放大器设计初学者提供一些指引。

Q1[问:] 放大器的内部噪音如何进行精确测量?它和那些因素有关?在测试时需要注意那些问题?
[答:] 对于放大器的噪声的测量,一般来讲就是把放大器的输入接0,输出经过一个低通滤波器,然后用高精度的ADC来采样做FFT,或者示波器看输出的情况。

Q2[问:] 在判断放大器的性能时,主要应参考哪儿个噪声参数呢?
[答:]要考虑传感器,电阻,放大器和ADC的各个噪音参数。

Q3[问:] 可否详细介绍下放大器等噪声原理?谢谢!
[答:]图1所示为放大器噪声模型。放大器噪声分为两类:一种是电压噪声(VX),另一种是电流噪声(IX)。在实际电路中,放大器由许多晶体管组成,所有这些晶体管都有噪声。幸运的是,所有晶体管的噪声都可以折合到放大器的输入端。

放大器噪声模型

电压噪声规格在数据手册中,通常以两种方式表示,分别是

电压噪声规格在数据手册中的两种表示方式


      查看数据手册中的噪声特性时,必须了解它是被折合到输入端还是输出端。大部分放大器的噪声特性被折合到输入端,对于运算放大器数据手册,这几乎是默认的习惯算法。但对于其他类型的固定增益放大器(如差动放大器),噪声可能被折合到输出端。请注意,这种输入噪声会被放大器放大。例如,对于同相增益为10的放大器,输出端的噪声将是指标中给出的噪声的10倍。一些电路配置的噪声增益可能大于信号增益,反相配置就是一个很好的例子。信号增益为-1的反相配置,其噪声增益实际上为2。为了确定实际噪声增益,请将所有外部电压源短路,同时可以将噪声放大器的RTI噪声看做出现在放大器正输入端的噪声,如果以这一假设分析电路,应当能够确定噪声所接受的增益。
 
仪表放大器的噪声特性与运算放大器稍有不同,对于运算放大器,所有内部晶体管噪声都可以折合到输入端,换言之,所有噪声源都会按增益比例缩放。仪表放大器则不然,电路中的一些噪声会按增益比例进行缩放,其他噪声则与增益无关,这里与增益噪声相关的噪声量显示为eNI,与增益无关的噪声量显示为eNO。数据手册中有二者关系公式。
除电压噪声外,放大器还具有电流噪声。如果输入端有电阻,电流噪声将与之相互作用,产生电压噪声。譬如,大多数源电压具有一定的电阻。毕竟,将高阻抗信号源转换为低阻抗信号源是使用运算放大器的原因之一。电流噪声流经与放大器相连的电阻,产生电压噪声。一般来说,放大器的输入偏置电流越高,则电流噪声越高。
图2显示具有一定源电阻的电压跟随器配置,运算放大器的电流噪声会与信号源电阻相互作用,在输出端产生一定的额外噪声。图3显示反馈路径中的电阻如何与电流噪声相互作用,电流噪声流经反馈电阻的并联组合,在输入端产生一个额外噪声源,然后此噪声源经放大器放大到达输出端。



Q4[问:] 用运放设计放大器时,如何估算其输入输出阻抗?希望能用实用的一些指标表达出来。其低噪跟放大倍数的关系?谢谢
[答:] 通常,对于运放器件,我们认为其输入阻抗无穷大,输出阻抗为0,(可以参考具体型号的数据手册来查询具体的数值)。所以电路的输入输出阻抗可以基于这个条件来计算。
噪声方面,一般手册里给出的都是RTI的指标,就是从输入端看到的噪声,所以,输出的噪声都会被乘上放大倍数。

Q5[问:] 我用的事opa2350放大器,测输入是干净的,输出波形伴有200mv的杂波,可能是从哪里传入的? 如果是旁边的电阻或放大器本身产生的该如何避免。
[答:] 原因可能很多,但一般情况下不会有这么大的杂波,建议你仔细检查一下电路设置,尤其是增益配置,尽量将其配置成增益大于1,以提高电路的稳定性,如果是电阻热噪声大的话,可以考虑适当降低阻值,运放本身的特性是无法改变的。

Q6[问:] 如何降低器件的内部噪声以及削弱外部噪声?
[答:] 器件的内部噪声改变不了,你可以通过选择外部的带宽来限制外部的噪声

Q7[问:] 电容性传感器和输入放大器间的功率匹配和噪声匹配低电容性传感器工作在低频时呈现很高的输出阻抗,这就需要输入放大器也具有高阻抗输入特性,但高输入阻抗又和低噪声设计相矛盾,请问怎样合理解决这个问题。
[答:] 您好,容性传感器本身会根据其容值的大小,改善信号噪声(kT/C),而运放输入端本身没有必要使用较大的阻抗,也可根据运放的带宽加输入滤波以改善噪声。

Q8[问:] 我有一款利用 ad620和op07组成的二阶或者四阶低通滤波器,模数转换用的是AD7732,基准电压用的是AD7732数据手册推荐的芯片,采样率在250Hz以内,微处理控制器是ATMEGA128,输出的波形会产生一秒钟一次(1Hz)的向上脉冲噪声,经检查肯定是内部电路产生的噪声,但不知道是什么引起的,请问是什么原因产生这噪声,如何消除?
[答:] 这样的问题,首先要看一下是硬件的电路的问题,还是ADC采样的问题。您可以先用示波器看一下AD7732输入端的信号,看看是否正常。如果输入没有问题,那么就要检查ADC了,问题可能会出在软件上。

Q9[问:] 凭您的经验,LC电路滤波与运算放大器电路滤波各有什么特点,各用在哪些场合?
[答:] LC滤波简单,但是滤波的效果不如有源的那么理想,而且有源的可以对信号同时进行放大,而无源的做不到这点。

Q10[问:] 请问专家,知道了噪音的来源,如何有效地降低放大器的整体噪音?谢谢!
[答] 知道了噪声的来源,您需要分析,系统占主要部分的噪声在哪里。针对这一部分噪声,就可以想办法通过滤波或者选择更高精度的运放来降低噪声。

Q11[问:] 请问目前最小噪声,同时又要最大的增益带宽积的集成运算放大器是哪个型号?谢谢!
[答:] 一般增益带宽积和噪声是很难同时达到最高性能的,取决于您系统精度和带宽的需要,您可以看看AD8221和AD8228是否满足您的需求。

Q12[问:] 噪声分析、误差分析中,什么类型的噪声、误差可以用均方根计算,什么类型的噪声需要直接加在总噪声中?
[答:] 系统中任何部分的噪声都要以矢量的形式叠加在总噪声中。

Q13[问:] 了解这些噪声参数,在实际设计电路时,有啥具体意义?
[答:] 可以对你处理系统的噪声有帮助,对于高精度的设计,噪声参数很重要。

Q14[问:] ADC的量化噪音如何考虑?
[答:] 量化噪声是理论上存在的,是无法去除的,这也是理论信噪比6.02N 1.76的来源。

Q15[问:] 放大器中还能应用电容和电感器件,这两种元件的噪音如考虑和描述?
[答:] 这个问题不太确定,电感和电容这两种元件肯定是有噪声的,但一般都不会考虑。

Q16[问:] 信号源的内阻有500M欧,信号大小50mv左右,如何设计放大电路及设计PCB
[答:] 这种情况下,要选择输入阻抗大,输入偏置电流小的运放,可以试一下AD549.

Q17[问:] 刚入门,请问射频放大器一般都是功率放大(我理解为低供电电压下放大的是电流,对吗?),可是有些元件要求输入射频信号的电压为5V,请问如何实现?
[答: 放大的是电压还是电流与供电电压无关,如果某些功率器件要求信号有一定的输入功率的话,可以考虑用predriver, 比如ADL5323等。

Q18[问:] 温度对噪声的影响是否可以忽略?在做设计时,哪些对噪声的影响是需要特别注意的?
[答:] 在大多数的情况下是可以忽略温度的影响的。在设计时,您要考虑电阻的噪声性能。还要了解电路的带宽特性,从而减小电压噪声。

Q19[问:] 请专家介绍放大器的噪声源与温度的关系。谢谢!
[答:] 一般在放大器的芯片资料中,会给出在常温下的电压噪声密度和电流噪声密度,但不会给出噪声随温度变化的关系。

Q20[问:] 差分信号进入ADC芯片,怎样才能保证两差分信号自动均衡呢?
[答:] ADC的driver芯片就可以保证差分信号均衡。

Q21[问:] 在电路设计中,实际调试时经常会出现信号串扰的问题,不知道这种问题信号干扰的途径一般是什么,怎么可以减少这种情况的发生?谢谢!
[答:] 可以考虑用屏蔽体或加地屏蔽的方法来改善串扰的问题。

Q22[问:] 高带宽下,如何能降低噪声呢?
[答:] 带宽尽量设计窄一点,否则噪声没法减小

Q23[问:] 差分放大器的噪音是否要比单端放大器的要低?为什么?
[答:] 不能保证,噪声跟运放内部结构、增益、带宽等相关,运放噪声大小没有一定之规,应用是还是依据datasheet上的等效输入噪声来衡量。

Q24[问:] 您好!给一个放大器加入一个直流电平来调节放大器的offset,且该直流电平通过一个dac产生。dac离该放大器有一定的距离,所以从dac的output到放大器的输入端大概2000mil的距离。在这个过程中,该长线会引入一些噪声。请问有什么好的建议来减小该噪声!谢谢!
[答:] 这种情况,一般导线并不会引入太大的噪声,不知道您的DAC是什么精度的DAC,我认为,DAC的噪声应该远比导线引入的噪声大得多,所以不必太多考虑导线的问题。

Q25[问:] 带宽性能要求与噪声性能要求冲突时,应该如何取舍呢?
[答:] 根据你的系统的要求,在二者之间找一个平衡点

Q26[问:]对于噪声的指标有没有统一的标准?是否可以不去考虑这么多繁复的计算公式,直接选择?
[答:] 对于噪声的标准,都是一样的,如果您不想考虑太多的公式,那就挑数字小的就可以。低频信号就挑Voffset小的,高速一点的就挑噪声谱密度小的。

Q27[问:] 如何消除电源线的高频干扰?谢谢专家
[答:] 对于电源,最好在接入芯片紧贴管脚的位置使用2个电容滤波,一般数据手册都会有推荐电路.

Q28[问:] 如何通过单点接地或者多点接地来消除噪声,它们有什么区别?谢谢!
[答:] 单点接地:指的是只在芯片电源脚处将地接一块,这是为了防止数字电源的地回流影响模拟电路的地,也会用在模拟数字芯片在一块板子上的情况下,因为两块地必须最终连在一起,所以一般选在模拟和数字地的交界处。多点接地指的是:芯片的接地脚应采用就近接地,不要引很长的线再接到地上。

Q29[问:] 对于噪声现在我很头疼,大师能不能就一个具体的电路算一下她的噪声水平?
比如一个同向放大器她在电路中的输出噪声究竟是多少mV?后面我接一个比较器的话,那么这个虚警概率是多少呢?
[答:] 对于运放噪声的计算其实跟电路应用中有很大差别,建议根据datasheet中的参考噪声进行估计,并根据评估板和标准测试方法评估运放的实际噪声水平。

Q30[问:] 能否介绍一下来自传感器方面的噪音?谢谢!
[答:] 不同的传感器会有不同的噪声功率,包括其内部的固有噪声和外部的干扰噪声,包括工频干扰,射频干扰,你可以针对具体的传感器看具体的噪声

Q31[问:] 对于5V供电及参考的8bit或10bit的AD模块,20KHz信号放大100倍左右,单电源的轨至轨、低噪声运放比双电源方案差多少?请列举出一些满足要求的单电源、双电源运放?
[答:] 用单电源还是双电源供电对于运放的特性是没有什么影响的,比如一个标称5V供电的运放,也可以用 /-2.5V供电。对于您提的要求,要选择增益带宽积大于等于20KHz*100的运放,建议用ADI网站上提供的参数搜索功能来选择合适的运放,满足带宽要求的运放有AD8672AD8605AD8519等很多。网址是http://www.analog.com/dynamic/parametric/scResultsDisplay.asp?SearchType=PSS&ProductLine=OPA&la=en

Q32[问:] 如何测量噪声才最准确,不会引入测量噪声呢?
[答:] 如果想得到最准确的噪音,利用均方根值测量方法,这样的方法会将所有的噪音都计算在内,但是缺点是测量时间较长,数据量大。

Q33[问:] 前级放大器和容性传感器的功率和噪声匹配问题,从功率匹配需要高的输入阻抗,从噪声匹配又需要和源阻抗匹配,这两项如何折中考虑?
[答:Nicolle] 请问传感器的输出是什么样的信号?能否请举一个具体应用的例子来说明这个问题。

Q34[问:] 能推荐一款简单可调(例如用电位器调节放大倍率)的射频低噪声放大器新片吗?
[答:] 不确定你的频率是多少,高频的放大器(如ADL5521)一般是固定增益的,当然如果频率不是太高(几百MHz以下),也可以考虑AD8331,不推荐采用电位器,电位器的有效带宽一般不大于1MHz

Q35[问:] 运算放大器的输入级有JFET,MOSFET和双极晶体管的,从噪音角度看,应选用那种输入的运放?
[答:] 一般双极晶体管的噪声最低.

Q36[问:] 我正在找一种最平群延时滤波器的设计方案,ADI能否提供这方面的方案呢?是否有一种低电压(1.2v)大输出电流(20mA)的运放呢?
[答:] “最平群延时滤波器”应该指的是线性相位的滤波器吧,你可以采用贝塞尔滤波器。ADI网站上有个在线的滤波器设计工具,可以选择滤波器的响应,其中有贝塞尔滤波器。ADI没有1.2V供电的AMP,最小为1.6V供电,为OP290 .

Q37[问:] 阻抗噪声很大的情况下,是调整设计电路更换阻抗还是有其他方法?
[答:] 您指的的放大电路中的Rf,Rg吗?因为电阻越大,则热噪声就越大,这是无法改变的。所以,应该根据具体的情况,来选择合适的Rf,Rg阻值。

Q38[问:] 请问电阻噪声影响选择什么样的电阻能够更好降低电阻噪声?
[答:] 跟电阻的材料有关,比如薄膜电阻,碳电阻比较差。另外,电阻值越大,噪声越大。

Q39[问:] 请问A/D转换器的模拟地和数字地如何分割才能更好的降低噪声?
[答:] 关于模拟地与数字地是否需要分割的问题,业界没有定论,有的就是一个地平面,有的则分为两个区域在AD下面用短线连接,方法比较多样。主要还是注意模拟和数字部分器件尽量分开,保持一定距离,模拟信号和数字信号不要交叉走线,电源的滤波电容要尽量靠近芯片。

Q40[问:] 如何布板才能使噪声降到最小?
[答:] 这个不是简单几句能够说明白的,如完整的地,去耦,模拟数字地的划分等等。你可以联系 china.support@analog.com ,我们可以发一些应用文档,里面有详细的信息。

Q41[问:] 我想问的不是关于放大器的噪声,我想问的是如何消除放大器电源和地上的几百khz 的低频噪声!?或者有没有好的方法滤除这个低频噪声?
[答:] 完好的大地,屏蔽,以及良好的电源去耦

Q42[问:] 对微小信号进行放大的时候有什么要注意的地方?在器件选择和布局布线上有什么要考虑的,贵公司的哪些产品适合此类应用?谢谢
[答:] 如果是低速信号,您最好分析一下系统的噪声来源,参照研讨会中的分析进行滤波或者预先的处理,对于布局布线相对来说要求不是很高。

Q43[问:] 在超低温或高温的环境下,应该主要关注哪儿类噪声性能?
[答:] 对于这类情况,温漂的性能您需要关注一下。

Q44[问:]噪声的分类,在放大器中那些噪声影响最大?
[答:] 分为外部噪音和内部噪音,内部噪音来源于电阻,放大器和ADC。这些参数对放大器噪声的影响都很重要,都需要在具体的应用中来衡量。

Q45[问:]内部噪声中的电阻产生的噪声原理是什么?
[答:]内部噪声指信号链路中器件本身产生的噪声。所以电阻噪声其实就是说放大电路中的Rf,Rg等电阻产生的。其原理就是电阻的热噪声。

Q46[问:] 请问我在用到OP4177的时候放大小信号时候应该如何减小噪声?谢谢
[答:] 运放本身噪声一般比较小,应该注意降低运放输入端的源噪声,如电阻热噪声,前级放大(如果有buffer的话)的输出噪声,在输入运放前还要根据运放的带宽加低通滤波。

Q47[问:] 在ad620和op07组成的二阶或者四阶低通滤波器,模数转换用的是AD7732,基准电压用的是AD7732数据手册推荐的芯片,采样率在250Hz以内,微处理控制器是ATMEGA128,当低通滤波器的滤波频率越低,采样率也越低时,如10Hz采样4Hz滤波情况,设备采样的信号漂移很厉害,请问是什么原因,如何消除,其中四阶或者二阶滤波器的电容电阻用Microchip的filtercad 辅助计算获得。
[答:] 正常情况下,应该是采样率越低,均方根噪声越小,峰峰值分辨率越高,也就是跳码情况会改善。关于sigma-delta的跳码以及噪声说明可以在如下链接找到:
http://www.analog.com/zh/content/cast_faq_ICV/fca.html。

Q48[问:] 你好我是从事检测仪器研制的,长期使用ADI公司的放大器和AD转换器,我的问题是仪器的输入阻抗对采集信号的噪声有无影响,如何影响如何抑制噪声?
[答:] 输入阻抗肯定不会影响信号的噪声,但输入阻抗本身会带来额外的噪声,影响精度。

Q49[问:] 请问:放大器自身的电流噪声通过何种方案可以降低呢?是在前端进行抑制还是后端的过滤?
[答:] 可以通过降低反馈路径中的电阻值可以降低电流噪声。

Q50[问:] 用一个四运放中的两个构成一个电荷放大器,一个构成差分放大,在一个构成多路反馈的滤波器。在没有信号输入时,有很大噪声。单电源供电。怎么解决?
[答:] 可否将具体运放的型号以及具体电路发到china.support@analog.com

Q51[问:] 在前端低噪声设计上采用双电源供电设计和采用单电源供电设计各有什么优势?
[答:] 这个取决于输入信号的范围和系统的点源设计。如果输入信号是双极性的,有低于0V的电平,那么您需要使用双电源供电或者在REF管脚提供直流偏置。

Q52[问:] 如何更有效的消除晶体管噪声?
[答:Neil] 对于一个确定型号的晶体管,受其设计和工艺限制,噪声特性已经确定了,等到用户端是无法改变其噪声性能的。

Q53[问:UESTCC3200732] 为什么AD8221在使用中有大约60uV的低频抖动?
[答:] 这个低频具体是多少赫兹呢?一般这种很可能是周围环境耦合进来的噪声,比如50Hz的电力线噪声,或者60Hz的显示器刷新频率噪声,您可以换个环境,换个电源测试下看看是否还有这个噪声.

Q54[问:] 如何在PCB设计中克服放大器的噪声干扰?谢谢
[答:] 布板的时候让放大器远离大功率高频的器件,模拟地与数字地的划分,电源地去耦等等。

Q55[问:] 仪表放大器的抗干扰能力与单端放大器相比有什么优势吗?
[答:] 仪表放大器相对一般的运算放大器,共模抑制比更强,更适合放大微小的差分信号。

Q56[问:] 请问有没有适合音频的预放大器?请推荐一个谢谢!
[答:] 你可以到下面的网页上查看:http://www.analog.com/en/amplifiers-and-comparators/audio-amplifiers/products/index.html;

Q57[问:] 请问在实际电路设计中应该怎样选择合适的放大器,比如用一个12位ad转换器采样几百毫伏左右信号。应该怎么评价放大器噪声对测量结果的影响?
[答:] 这首先要查一下相关运放的数据手册,找到其电压和电流噪声的指标(一般给出的是从输入端看的噪声密度)。根据幻灯片中的介绍,结合具体应用中的带宽和放大倍数,计算出输出端的噪声。当然,放大电路中使用电阻的热噪声也要考虑在内。

Q58[问:] 医用方面哪款放大器的噪声系数比较好?
[答:] 你的频率是多少?你可以看看AD8331系列VGA,或者ADL5521

Q59[问:] 请问:运放产生噪声的原理是什么?怎么可以降低?
[答:] 只要是有源器件,都会有电子的无规则运动,从而产生噪声。对于一个特定的运放而言,它产生的噪声是固定的,只能从外部加滤波器来滤掉感兴趣带宽外的噪声。

Q60[问:] 单端输入时,参考点接地和接偏置直流电压哪一个更好一些?
[答:] 主要是取决于您具体的应用,如果您希望得到接近于地的参考点,那么就接地。如果您需要得到带偏置的输出,可以将参考点接偏置电压。

Q61[问:] 请问专家,使用软件如何去除一些内部噪声,降低对ADC结果的影响?
[答:] 软件上,经常使用的是取平均的方法,即多采样几个点然后做平均。

Q62[问:] 外来噪声产生的主要有哪些?受哪些因素和周围环境影响?
[答:] 外接电阻,温度,电源噪声,高频信号耦合到信号输入、输出等等。

Q63[问:] 请问仪表运放输入要加滤波防止rfi,电阻100k,噪声会达到40nv,后面仪表运放选噪声8nv的是不是就没有必要了?
[答:] 在系统中,所有噪声都是以均放相加的形式相加的。所以仪放的噪声小还是对整个系统的噪声性能有帮助的。

Q64[问:] 仪表运放在没有输入信号时有很大的50HZ输出,怎么抑制?
[答:] 你可以选择更好的仪表放大器,如AD8221,也可以用硬件或者软件作notch filter,不过仪表放大器地去耦和模拟部分的布线也是很重要的。

Q65[问:] 我想就运放电路的电流噪声提问,一般设计时由于功耗的原因我们会选用大电阻,但是这样会增大电流噪声影响的电流噪声,我想问这个矛盾如何解决?
[答:] 这是在系统设计中经常遇到的问题,没有统一的答案,只能根据您的应用需求来具体平衡功耗和噪音。

Q66[问:] 接收激光信号的放大器用什么型号比较好呢?
[答:] 激光信号需要转换为相应的电流或电压信号,请根据电流电压范围选择适当的运放型号。

Q67[问:] 请问什么时候选择仪表放大器比较合适?
[答:] 信号很小,但是共模干扰很大的场合,如心电、脑电信号.

Q68[问:] 运算放大器的输入输出阻抗刚才专家回答我说一个是无穷大,一个是无穷小,但是我没在做设计的时候,如果要做阻抗匹配的话,应该怎么去设计呢,难道也是按照无穷大和无穷小设计吗 ?
[答:] 一般应用中不需要对运放的阻抗做匹配。对于射频的放大器,一般都是芯片内部已经是50ohm匹配好的,比如ADL5521

Q69[问:] 作为电荷放大器使用时,输入阻抗是重要的因素吗?
[答:] 输入阻抗会影响积分的精度和时间,需要进行仿真,还要根据系统的指标进行tradeoff。

Q69[问:] 对于放大电路的正常工作,在选运放的时候要怎样兼顾失调电压和偏置电流的指标?
[答:] 这主要取决于应用,比如要检测一个比较大的电流信号,用取样电阻将其转换成电压,而后放大,那么这时偏置电流参数就不是很重要,因为它在取样电阻上产生的影响相对较小,再看失调电压,它是一个固定的电压,所以影响也并不大,可以在后续电路中将其cancel掉,实际上关键的是offset drift,也就是它的温漂特性,但一般较大的offset都会伴随产生较大的温漂,所以这时我们一般要选择具有较小失调的运放。

Q70[问:] 高精度测量中运放的噪声对最终测量结果的具体影响如何通过定量结算得出?
[答] 要考虑的前提就是系统中的噪声要小于测量分辨率的1个LSB。从运放看,首先要查一下相关运放的数据手册,找到其电压和电流噪声的指标(一般给出的是从输入端看的噪声密度)。结合具体应用中的带宽和放大倍数,计算出输出端的噪声。还有,放大电路中使用电阻的热噪声也要考虑在内。

Q71[问:]放大器的反馈电阻不能太大,那具体的选择需要参考那些因素呢?仪表放大器的增益电阻选择是否也有同样的问题?
[答:] 主要有电阻的噪声和电阻与放大器的电流噪声的乘积决定,以表放大器的增益电阻也会有同样的问题,但是它不是反馈电阻,所以相对于整个系统而言,影响不是最大的。

Q72[问:] 为什么放大器为高输入阻抗,低输出阻抗?
[答:] 放大器是输入阻抗越高,从信号源取得的电流就越小,在信号源内阻上的压降也就越小,信号电压就以最小的损失加到放大器的输入端。同理在输出端,输出阻抗越低,加在输出内阻的电压损失越小,负载就会获得尽可能高的输出电压。

Q73[问:] 反馈电阻是如何计算的?
[答:] 对于运放来说,反馈电阻跟增益电阻决定了电路的增益,相对信号幅度大小,选择一个差不多大小的电阻就可以,电阻太大会引入更多噪声,太小会增加系统功耗。

Q74[问:] ADI有没有相关的运放的计算软件?
[答:] ADI网站上提供了运放的选型软件:
http://www.analog.com/dynamic/parametric/scResultsDisplay.asp?SearchType=PSS&ProductLine=OPA&la=en。
仪表放大器的仿真软件:
http://designtools.analog.com/dt/inamp2/inamp.html?part=AD6235V 。
利用运放设计有源滤波器的仿真软件:
http://www.analog.com/en/amplifiers-and-comparators/products/dt-adisim-design-sim-tool/Filter_Wizard/resources/fca.html;
更多相关软件可在如下链接找到:
http://www.analog.com/en/tools-software-simulation-models/resources/amplifiers-and-comparators/operational-amplifiers-op-amps/index.html;

Q75[问:] 电路板设计与电路嘈声有关吗?怎样实际减少电路嘈声?
[答:] 减小噪声,首先要选择低噪声的器件。从电路板布线设计的角度,主要是考虑避免让板上高噪声的电路(比如数字电路)对低噪声部分(比如模拟信号)产生干扰。

Q76[问:] 请问外部噪声引入目标系统的途径和抑制方法有哪些?谢谢!
[答:] 取决于噪声的类型,比如说RFI干扰可以加入RFI滤波器,和电源滤波电容,如果是环境干扰很大,可以试着使用屏蔽盒等等.

Q77[问:] 如何减小高速ADC的输入噪声?
[答:] 要考虑在ADC前端加合适的抗混叠滤波器。

Q78[问:] 我正在寻找一种50Hz/60Hz的陷波器ADI能否提供一种单芯片解决方案不用外置过多的阻、容即可以实现之间的切换。以配合仪表放大器和ADC采样间的过度?
[答:] 你可以参考我们心电参考设计的陷波电路,具体可以到下面的网址下载:www.analog.com/chinasupport

Q79[问:]在PCB板布线时考虑输入端地线环绕布线减少干扰,但系统地线与现场接地相连时引起输出信号干扰更严重不知什么原因,请专家指导.
[答:] 有可能是因为现场的地噪声比较大,您能否测量一下现场的地是否有很大的噪声,相接的线是否过于长?您最好尽量减小连接线的长度,在接地点连接一个磁珠抑制一下高频的噪声,如果现场噪声实在是过于大,您可以考虑使用隔离期间,隔离开系统的地和现场的地。比如说ADuM系列产品。

Q80[问:] 第一级的增益为全部增益有时可能太大,请问有没有最大值限制?
[答:] 对于我们常用的电压反馈型来说,可配置的增益是受运放的增益带宽积限制的。比如一个电压反馈型运放的增益带宽积是100MHz,输入信号频率是10MHz,那么可以配置的最大增益是10,如果要实现更大的增益,就要考虑用多级放大了。

Q81[问:] 项目中应用开关电源供电,产生放大电路输出含高频分量,影响信号质量,如何处理?请教专家.
[答:] 把开关电源远离模拟电路,开关电源地输出加大滤波力度,你可以尝试不同的阻容、感容组合;同时模拟电路要做好去耦,一般在电源部分要0.1uF与0.01uF电容并联,你可以把0.1uF改为10uF或者100uF尝试 。

Q82[问:] 对于放大器本身与周边大功率散热器件导致的热噪声,对ADI放大器新设计理念中采取了哪些抑制或是降噪设计呢?
[答:] 对于放大器本身,工艺的进步和技术的进步使得放大器的噪声越来越低,至于周边的大功率器件,只能减少辐射,和减小温漂来解决。

Q83[问:] 我想问一下比较器和运放有啥区别?
[答:] 运算放大器是一种为在负反馈条件下工作设计的电子器件,设计重点是保证这种配置的稳定性,压摆率和最大带宽等其它参数是放大器在功耗与架构之间的折衷选择;相反,比较器是为无负反馈的开环结构内工作设计的,这些器件通常不是通过内部补偿的,因此速度即传播延迟以及压摆率(上升和下降时间)在比较器上得到了最大化,总体增益通常也比较小。

Q84[问:] 您好,请举例说明“将总的增益集中于第一级,有利于减小噪声”。谢谢。
[答:] 以两级放大为例,第一级为G1,噪声系数为F1,而第二级的噪声系数为F2,那么总的噪声系数为如下:
FTOTAL= F1 (F2 -1)/G1
可见,G1越大,噪声系数越小。

Q85[问:] 老师好,我对数模共地尤其困惑,像0欧电阻共地、通过磁珠共地等,什么样的共地方式更好些,有什么具体讲究没?谢谢!
[答:] 磁珠的等效电路相当于带阻限波器,只对某个频点的噪声有显著抑制作用,使用时需要预先估计噪点频率,以便选用适当型号。0欧电阻相当于很窄的电流通路,能够有效地限制环路电流,使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用。

Q86[问:] 噪声参数最主要的几个指标是什么分别代表什么?

[答:] 运放中,要考虑电流噪声和电压噪声。数据手册中,一般会以噪声密度的形式给出。

Q87[问:] 在我们的应用中采用多圈电位计做角度位置测量,用5V开关电源供电,测量电压传送给MCU进行AD采样,采样位数为10bit,但测量对象未运动时采样值总是有2~4个单位的跳跃,用万用表测量该电压则几乎没有变化,请问如何在电路上解决跳数问题?
[答:] 这个状态属于正常现象,如果输入本身没有引入其他噪声(可达到ADC的精度要求),ADC本身也会存在有效位数的问题,最后一位不稳定并不能说明ADC性能不符合指标,可以用这个跳跃输出信号计算ADC的rms噪声,也可以输入满幅的正选波测试一下其动态性能。

Q88[问:] 在生物电信号中,只要10K的信号通带1uV的最小信号增益为100时,有没有更好的放大器?
[答:] 你可以试试AD8221,它的噪声密度为8nV/sqrtHz。

Q89[问:] 电阻噪声是否在一般电路不予以考虑?
[答:] 一般是这样,主要是取决于你的应用。

Q90[问:] 能否具体解释“将增益集中于前级放大会比将增益分配至二级放大有利于减少噪声”等含义?
[答:] 放大器的增益会使输入的噪声增大,如果增益集中于第一级,引入的噪声只有前级的,如果增益分布在两个放大器,则噪音会来自两级而且同时被放大。

Q91[问:]使用AD8551,传感器输出电阻为80K左右,输出信号为uV,放大100倍,可以吗?
[答:] 由于你的传感器的阻抗很大,它本身引入的噪声就很大,比你的输入信号都大,就算是AD8551能做到比较低的噪声,也是不行的。

Q92[问:] 传感器内阻100k,输出uV,如要将其放大100倍,带宽<10Hz,如何设计放大电路,如何避免噪声?
[答:] 由于传感器的内阻很大,你最好不要使用单端的方法连接电路,对于传感器位于板外的低噪声测量应用,最好使用仪表放大器之类差分输入放大器。

Q93[问:] 噪声的来源是什么?怎么样能消除?
[答:ADI专家] 噪声分为内部和外部噪声,对于外部噪声我们可以采取滤波的方式减少,而内部噪声,即器件的噪声则不能消除。

Q94[问:]有没有一个通用的噪声单位?
[答:] 在一般情况下,你应用1 kΩ→ 4 nV/√(Hz)公式,即可评估噪声。

Q95[问:] 现在许多MCU产品都自带AD外设,但市场上还有许多AD转换芯片,比如贵公司的许多高精度转换芯片产品,我比较了一下,专用的AD转换芯片可以把精度和采样速度做得很高,比如16bit以上,动辄百兆位每秒的采样速率,而MCU自带的AD则鲜有14bit以上的,采样速度也较慢,但是这两点也不是绝对,新推出的MCU产品在这两方面的性能指标也是不断提升的,而且较之采用专用AD转换芯片,采用自带的AD外设就省去了与MCU接口的麻烦,请问,专用AD转换芯片除了采样精度、采样精度稍占优势外,还有什么其他优势?
[答:] 精度和采样速度是单片ADC的主要优势,比较我们的ADUC7、8系类的单片机与相应精度的ADC,它们的指标差不多,只是对于采样速率、输入信号的范围、通道数等指标会比较灵活,所以具体选择哪类ADC,还是取决于你的应用要求。

Q96[问:] 请问,车载MP4电路设计如何处理电路噪声,电路更安全?
[答:] 对于车载MP4的电路,主要要处理的就是电磁干扰引入的噪声,你需要注意各功能模块在PCB上的分布,可以采取一些电源去耦、屏蔽、滤波等方法去除干扰。

Q97[问:] how to lower the offset in amplifier?
[答:] 有极少数的运放可以在外部进行Offset的调节,现在运放的Offset一般都会做得很小,如果一定要做调整,可以在数字域将Offset去掉。

Q98[问:] how to reduce the noise in input stage?
[答:] 输入极的噪声与输入极的电阻,电阻越小,本身产生的噪声就越小,同时运放的电流噪声,电压噪声要选择尽量低的型号。

Q99[问:] 放大器的自激和噪声抑制
[答:] 自激的问题要在电路设计之初进行解决,使电路的相位裕度至少大于45度。噪声首先要选择低噪声的运放,其次可以在输出加滤波器滤除噪声。

Q100[问:] 选用高质量的电阻可以有效抑制电流噪声,但是成本就相对高点,请问电阻的选择如何在成本和品质之间均衡呢?
[答:] 这取决于设计者的权衡考虑,即在产品性能和成本之间进行选择。

Q101[问:] 请重点讲解一下在设计微小信号调理中元器件本身带来的噪声处理方式,以及一个电路中电源噪声如何更好更优的处理。
[答:] 选择噪声小的元件来从源头上减小噪声。电源可以用LDO来实现,如果用DC-DC,那么需要在DC-DC,需要在输出进行多极的LC滤波。

Q102[问:] 在低频测量情况下,模拟地和数字地应该分开吗?还是共地?谢谢
[答:] 模拟数字地要分开,最后在ADC处连接在一起,比如,您可以看看AD7705这类Sigma-Delta ADC的芯片资料或评估板PCB图

Q103[问:] 请问刚才说的1千欧对应4NV/根号HZ9千欧对应12倍噪声?
[答:] 9千欧对应的噪声为4nV/Hz与3的乘积。

Q104[问:]如何降低器件的内部噪声以及削弱外部噪声?
[答:] 首先要找出外部和内部的噪音源分别是什么?再根据具体的噪声源来采取降噪处理。比如说如果您的电流噪音过大,可以通过减小电阻值的方法。

Q105[问:] 详细说明单电源供电时的一些注意事项?
[答:] 输入信号的范围是否在单电源供电范围内。

Q106[问:] 怎样提供放大器的带宽?
[答:] 有时最佳带宽性能的要求可能与最佳噪声性能的要求相冲突。对于带宽,我们希望每个增益级具有近似的增益,而对于噪声,我们则希望第一级具有全部增益。前级应用尽可能多的增益

Q107[问:]你好,请问为什么很多噪声都是以"mv/(根号Hz)"形式表示.谢谢!
[答:] 只是一种噪声特性描述的方法之一:频谱噪声密度。

Q108[问:]在同相放大器应用中, 到地的偏置电阻就成为了放大器的输入阻抗,在需要高输入阻抗的应用中,该电阻的热噪声和放大器的噪声电流作用产生的噪声都不可能忽略,怎样权衡,但实际应用中该电阻是无法省略的,因为需要提供偏置电压?
[答:] 根据具体应用是高输入阻抗还是噪音对您的系统更加重要,来具体权衡。

Q109[问:]有关运算放大器的噪声我应该知道些什么 ?
答:首先,必须注意到运算放大器及其电路中元器件本身产生的噪声与外界干扰 或无用信号并且在放大器的某一端产生的电压或电流噪声或其相关电路产生的噪声之间的区别。
干扰可以表现为尖峰、阶跃、正弦波或随机噪声而且干扰源到处都存在:机械、靠近电源线、射频发送器与接收器、计算机及同一设备的内部电路 ( 例如,数字电路或开关电源 )。认识干扰,防止干扰在你的电路附近出现,知道它是如何进来的并且如何消除它或者找到对付干扰的方法是一个很大的题目。
如果所有的干扰都被消除,那么还存在与运算放大器及其阻性电路有关的随机噪声。它构成运算放大器的控制分辨能力的终极限制。

Q110[问:]:请你讲一下有关运算放大器的随机噪声。它是怎么产生的 ?
答:在运算放大器的输出端出现的噪声用电压噪声来度量。但是电压噪声源和电流噪声源都能产生噪声。运算放大器所有内部噪声源通常都折合到输入端,即看作与理想的 无噪声放大器的两个输入端相串联或并联不相关或独立的随机噪声发生器。我们认为运算放大器噪声有三个基本来源:
( 1 )一个噪声电压发生器 ( 类似于失调电压,通常表现为同相输入端串联 )。
( 2 )两个噪声电流发生器 ( 类似偏置电流,通过两个差分输入端排出电流 )。
( 3 )电阻噪声发生器 ( 如果运算放大器电路中存在任何电阻,它们也会产生噪声。 可把这种噪声看作来自电流源或电压源,不论哪种形式在给定电路中都很常见 )。
运算放大器的电压噪声可低至 3 nV/Hz 。电压噪声是通常比较强调的一项技术指标,但是在阻抗很高的情况下电流噪声常常是系统噪声性能的限制因素。这种情况类似于失调,失调电压常常要对输出失调负责,但是偏置电流却有真正的责任。双极型运算放大器 的电压噪声比传统的 FET 运算放大器低,虽然有这个优点,但实际上电流噪声仍然比较大。 现在的 FET 运算放大器在保持低电流噪声的同时,又可达到双极型运算放大器的电压噪声水平 。

Q111问:低噪声系统的设计技巧有哪些?

 答:低噪声系统设计的第一个窍门是在前级应用中尽可能多的增益,图4显示的是一个放大器前端的两个例子,增益为10。可以看出,将所有增益应用于第一级,比将增益分布于两级要好得多。请注意,有时最佳带宽性能的要求可能与最佳噪声性能的要求相冲突。对于带宽,我们希望每个增益级具有近似的增益,而对于噪声,我们则希望第一级具有全部的增益。



放大器前端



第二个窍门是注意源阻抗。这样做有两个原因:第一,源阻抗越大,则系统噪声越大;第二,放大器必须与源阻抗匹配良好,如果源阻抗较高,电流噪声噪声特性可能比电压噪声特性更重要。
第三个窍门是要注意反馈电阻,如果选择超低噪声运算放大器,却使用很大的反馈电阻,则不可能实现低噪声电路,在同相(图5)或反相配置中,注意反馈电阻相当于折合到输出端的噪声源。而其他电阻则相当于输入端的电压源,更准确的说,是反相配置输入端的电压源。前文已经谈到,设计低噪声系统时,第一级应用有高增益,这种情况下Rg噪声占主导地位。


同相运算放大器的噪声模型

路过

鸡蛋

鲜花

握手

雷人

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