低固定增益差分放大器的噪聲測量

ID:140840 · 發(fā)表于 2017-4-10 12:41

長期用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品的發(fā)光二極管(L E D)，最近也開始用于汽車照明領(lǐng)域，用來提供信號功能、日間行駛燈和車內(nèi)照明。隨著這項(xiàng)照明技術(shù)日益普及，制造商也在不斷研究新的應(yīng)用方式，以便充分發(fā)揮LED前大燈和尾燈時尚美觀的優(yōu)勢。由隨機(jī)小電壓構(gòu)成的噪聲可能很難測量，實(shí)驗(yàn)室儀器本身的噪聲使測量問題進(jìn)一步復(fù)雜化。測量噪聲時，常常要使用專門的技術(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量。但是，低固定增益差分放大器的噪聲測量面臨著更大的問題，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問題。

圖1顯示可選增益（1、2或3）差分放大器 [url=]ADA4950-1[/url] 后接低噪聲、低失真運(yùn)算放大器 [url=]AD8099[/url]。lA D8099將差分輸出轉(zhuǎn)換為單端信號，增益設(shè)為10。與A D A 4 9 5 0 -1相比，A D8099的1n V/√H z等效輸入電壓噪聲可忽略不計(jì)。A D A 4 9 5 0 -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，A D8099具有足夠的帶寬來測量A D A 4 9 5 0 -1 的噪聲；在系統(tǒng)的頻率響應(yīng)開始滾降之前，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，測得的A D8099噪聲貢獻(xiàn)視為測量系統(tǒng)的噪底，然后測量包括A D A 4 9 5 0 -1的總輸出噪聲，A D A 4 9 5 0 -1 的噪聲即為RSS（和的平方根）方法，用總噪聲減去A D8099的噪聲貢獻(xiàn)。如式2所示；其中Vn1為A DA 4 9 5 0 -1的輸出噪聲， Vn2為AD8099的輸出噪聲。

總輸出噪聲為：

(2)

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

測量A D8099的噪聲時，其輸入通過SMA連接器接地，SMA連接器的芯線對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，而不是通過電路板。
D8099和A D A 4 9 5 0 -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，頻譜分析儀會拾取顯示器的刷新頻率，從而影響AD8099的輸出。
為使A D8099的噪聲貢獻(xiàn)較小，使用低值電阻 (RF = 2 5 0 Ω; RG= 25 Ω) 配置其增益。較低的值會引起A D8099 振蕩。當(dāng)用短電纜將A D A 4 9 5 0 -1與A D8099 相連時，在250 M Hz時可觀察到振蕩。當(dāng)使用1英尺電纜時，振蕩消失。

AD8099本身的噪聲貢獻(xiàn)非常小：

(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€大反饋電阻來放大該噪聲，但內(nèi)部反饋電阻值無法改變，所以不可能測量A DA 4 9 5 0 -1的電流噪聲。

圖2所示的是測量結(jié)果，測量100kHz及以下的噪聲使用的是Stanford Research S ys tems S R785，測量100 k H z 以上的噪聲使用的是A gilen t E4440 PSA頻譜分析儀。

圖2. 測試結(jié)果

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