低固定增益差分放大器的噪聲測量
發(fā)布時間:2019-12-28 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】長期用于消費類電子產(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。由隨機小電壓構(gòu)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(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 ADA4950-1 后接低噪聲、低失真運算放大器 AD8099。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。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(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,還采用了其它幾項技術(shù):
● 測量AD8099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 ?; RG= 25 ?) 配置其增益。較低的值會引起A D8099 振蕩。當(dāng)用短電纜將ADA4950-1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。
因為需要一個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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