音频与部分AC领域为了使输出信号更稳定平滑,会选用低噪声的运算放大器来对输入信号进行放大。低噪声运算放大器 - MS8312便是常规的低噪声运放,其规格书中的噪声特性如下:
那么如何来看待这三个参数所表示的意义呢?首先要从噪声的分类说起,噪声粗分为外部噪声和固有噪声,外部噪声主要为数字交换、60Hz噪声以及电源交换等,而固有噪声较常见的是热噪声(也叫白噪声)、闪烁噪声(1/f噪声)和电流噪声等。MS8312规格书中的噪声特性测量的就是该运放的常见的固有噪声,其中电压噪声密度指的就是白噪声在1KHz和10KHz时的噪声功率,电流噪声密度指的则是电流噪声在1KHz时的噪声功率。
在选择低噪声运算放大器时,电流噪声比较小,且在测试时,因为输入电阻的存在,电压噪声中也包含了电流噪声,所以可以忽略不计。所以选择低噪运放时,需要根据自己输入的信号频率选择看不同的噪声,例如:输入信号为2KHz时,就需要看1KHz时的电压噪声密度,电压噪声密度越小,对输入信号的影响越小。
1、噪声测试
以MS8312为例,测量1/f噪声时,理念就是先将整体噪声放大,然后再用滤波器将小于0.1Hz、大于10Hz的噪声进行衰减。下图就是MS8312测量到的闪烁噪声:
因为总共放大了100000倍,所以实际的闪烁噪声为2.3uV。
而电压噪声密度的测试方法,与闪烁噪声的放大电路相似,区别只是在于输出需要增加一个大电容,作用是隔绝掉输出中的直流分量,因为有些频谱分析仪不支持高电压输入。以MS8312为例,在频谱分析仪上的结果如下:
可以看到,频谱分析仪测量到的为功率值,需要将其转化为功率密度。
根据分贝毫瓦转化为电压有效值公式:
电压有效值转化噪声密度公式:
计算出MS8312的电压噪声密度计算结果为:
同理,10KHz时的MS8312电压噪声密度:
2、设计应用
低噪声运放经常作为接收系统的前端,在增益足够大的情况下,可以抑制后级电路的噪声,那么整个接收系统的噪声系数将主要取决于放大器的噪声。
在设计时需要注意以下几点:
· 到低噪声运放的信号要尽可能隔离外界的干扰,例如接线使用屏蔽线,且接线尽可能短
· 电源需要做好滤波,虽然MS8312的电源电压抑制比有95dB,但仍会从电源过来一些噪声
· 有条件更是可以将整个接收电路用屏蔽罩包裹起来,可以起到隔离环境中的噪声
MS8312作为低噪声运放,还有其他参数方面的优点,这些也可以间接的提升噪声。例如:
· MS8312常温时,失调电压极小,在300uV以内,这可以保证在大增益的情况下,不会导致输出信号有很大的偏置
· MS8312有10MHz的带宽,这比市面上多数同类低噪声运放的带宽大,这可以保证在大增益的情况下,有更少的衰减
· MS8312压摆率有7V/us,在大增益时,如果输入信号的频率与幅度过大,这时候就需要有大的压摆率
· 另外MS8312驱动能力较大,可以更好的驱动后一级
· 而且MS8312作为一颗CMOS工艺的运放,它还有轨到轨输入输出的特性,可以让输入输出达到电源和地
有如此多的优点,让低噪声运算放大器 - MS8312在低噪系统中得到了广泛的应用。
转载请注明出处:传感器应用_仪表仪器应用_智能硬件产品 – 工采资讯 http://news.isweek.cn/17387.html