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標題: 低固定增益差分放大器的噪聲測量 [打印本頁]

作者: 小融1號 時間: 2017-4-10 12:41
標題: 低固定增益差分放大器的噪聲測量

長期用于消費類電子產品的發光二極管(L E D)，最近也開始用于汽車照明領域，用來提供信號功能、日間行駛燈和車內照明。隨著這項照明技術日益普及，制造商也在不斷研究新的應用方式，以便充分發揮LED前大燈和尾燈時尚美觀的優勢。由隨機小電壓構成的噪聲可能很難測量，實驗室儀器本身的噪聲使測量問題進一步復雜化。測量噪聲時，常常要使用專門的技術。例如，放大器通常配置為高閉環增益，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，需要進行差分單端轉換。第二級放大器可以提供增益并執行差分單端轉換，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、低失真運算放大器 [url=]AD8099[/url]。lA D8099將差分輸出轉換為單端信號，增益設為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。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；在系統的頻率響應開始滾降之前，工作頻率最高可達10 MHz。

圖1. 利用低噪聲、低失真運算放大器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)

當輸入接地時，測得的A D8099噪聲貢獻視為測量系統的噪底，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。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)

為了精確測量系統噪聲，還采用了其它幾項技術：

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字電路而產生的振蕩，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。當使用1英尺電纜時，振蕩消失。

AD8099本身的噪聲貢獻非常小：

(3)

其中vn為輸入電壓噪聲，ni+和ni-為AD8099的輸入電流噪聲。

因為需要一個大反饋電阻來放大該噪聲，但內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. 測試結果

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