根据应用程序的不同，您可能需要考虑电路中噪声的影响。不幸的是，噪音是一个复杂的问题。虽然各种在线资源确实详细介绍了这个主题，但了解降噪的基本方法也会很有帮助。在本文中，我将比较两种不同的放大器的噪声性能，并通过使用无源滤波优化噪声性能。为了验证这种方法，我将使用SPICE模拟和噪声计算器。最后，我将介绍反馈电容和隔离电阻的封装，以帮助微调噪声性能。
考虑一个50到450 mV的100 kHz模拟输入信号。使用增益配置为+10 V/V的非反相电路，这个信号可以被放大到500 mV到4.5 V(图1)TLV6741运放是一种低噪声(5 nV/√Hz, 1khz)的通用运算放大器，增益带宽为10mhz。记住，在选择电阻器值时考虑热噪声性能是很重要的。你不会想要选择一个低噪声放大器，只让大电阻的热噪声主宰整体噪声性能。
图1。TLV6741无值，G = 10 V / V噪声仿真
您现在可以使用TINA-TI™软件观察整体噪声性能(图1)，并使用a噪声计算器（图2）。
图2。TLV6741无值，G = 10 V / V噪声计算
鉴于预期的输出电压为4 VPP.，模拟输出噪声约为55μVRMS（或330μVPP.）相对较小。计算出64μVRMS的噪声类似于模拟值，尽管它可能低估总噪声。这种差异很可能是由宽带噪声的5 nV /√Hz的保守值输入到计算器中引起的。在较高频率下，宽带噪声水平实际上较低。当前的闪烁噪声被认为可以忽略不计，并且不包括在计算的估计中。
让我们现在考虑相同的电路，但这一次使用lmp7731．LMP7731也是一种低噪声运放，但带宽为22mhz，宽带电压噪声为2.9 nV/√Hz。鉴于此设备的电压噪声明显低于TLV6741，您可能期望在相同配置下的LMP7731的总体输出噪声也更低。
但是，LMP7731电路实际上具有略高的模拟输出噪声水平为63μVRMS，或378μVPP.，如图3所示，由噪声计算器的值确认为56.9μVRMS．那么，为什么低噪声的LMP7731电路比TLV6741电路有更大的整体输出噪声，即使他们有相同的配置?请记住，电路的总输出噪声取决于跨频率集成的噪声密度。由于TLV6741的带宽比LMP7731低，TLV6741将不会有与LMP7731相同的高频噪声贡献。因此，在这种情况下，TLV6741电路的整体噪声较低。
图3。LMP7731非变速器，G = 10 V / V噪声仿真
为了进一步优化噪声性能，您可以在反馈路径中添加过滤器。包括与反馈电阻并联的电容器，降低了较高频率的增益，从而降低了输出引用的噪声。以这种方式，您可以将低噪声装置的高性能与前面描述的带宽限制的降噪技术相结合。该反馈电容方法更常用于切割高增益配置的带宽。
让我们模拟添加了反馈电容的TLV6741和LMP7731电路，将截止频率设置为500 kHz。图4和图5显示了新电路及其模拟噪声。
图4。TLV6741无值，G = 10 V / V，具有反馈电容噪声仿真
图5。LMP7731非逆变，G = 10 V/V带反馈电容噪声仿真
仿真结果表明，向电路中添加反馈电容会降低了55μV的整体噪声RMS(330µVPP.)到41µRMS(246µVPP.)的TLV6741。LMP7731电路的噪声从63 μ V降低到63 μ VRMS(378µVPP.到31μVRMS(186µVPP.）。鉴于这些结果，这是一个好主意，在布局上留下反馈电容占地面积以进行降噪。如果您不需要它，您可以留下未填补的占地面积。该方法的主要缺点是电压增益的减小也降低了反馈电容器的噪声衰减，即使变得可忽略不计。
对于低增益放大器配置，在放大器的输出处增加一个低通电阻-电容(RC)滤波器可以是一个更有效的降低噪声的方法。这种技术背后的想法是衰减只产生噪声的更高频率范围，同时继续通过信号频率。在输出端创建RC滤波器需要添加两个组件——一个电阻和一个电容。如果你不需要它，你可以短路的电阻器和留下电容不占。在一种称为“隔离电阻”的技术中，也可以使用这种输出电阻来稳定放大器电路。
由于两个运放的特性不同，你需要稍微不同的隔离电阻来为两个电路设置相同的截止频率。图6和图7分别显示了TLV6741和LMP7731电路——使用带有500 khz截止的输出RC滤波器而不是反馈电容——以及它们的TINA-TI软件噪声仿真结果。注意额外的噪音改善到35µVRMS（210μV.PP.）对于TLV6741和26μVRMS（156μVPP.）对于LMP7731。所有这些噪声模拟的结果如表1所示，总结了不同降噪技术的有效性。
图6。TLV6741无值，G = 10 V / V，输出RC滤波器噪声模拟
图7。LMP7731无值，G = 10 V / V，输出RC滤波器噪声模拟
表1。比较了TLV6741和LMP7731的噪声性能
| 电路 | 没有过滤器 | CF过滤器 | 输出RC过滤器 |
| TLV6741 | 55μV.RMS(330µVPP.） | 41μV.RMS(246µVPP.） | 35μV.RMS（210μV.PP.） |
| lmp7731 | 63µVRMS(378µVPP.） | 31日µVRMS(186µVPP.） | 26µVRMS（156μVPP.） |
正如我在本文开始的那样，噪音是一个复杂的主题，但处理它可能很简单。我建议在设计中包括反馈电容和隔离电阻的占用空间，以评估噪声性能。如果您不需要它们，您可以始终留下这些组件，未填充或短路。最终，这里讨论的技术的正确实施应该让您对系统中噪声的影响感到有信心。
额外资源
- TI Precision Labs - Op AMPS：噪音(培训系列)
- 模拟工程师的口袋参考(电子书)
- 信号:关于运算放大器设计主题的博客文章的概要(电子书)
行业文章是一种内容形式，允许行业合作伙伴以编辑内容不太适合的方式与All About Circuits的读者分享有用的新闻、消息和技术。yaboPP电子所有行业文章都遵循严格的编辑指导方针，目的是为读者提供有用的新闻、技术专长或故事。工业文章中表达的观点和意见是合作伙伴的观点和意见，不一定是All About Circuits或其作者的观点和意见。yaboPP电子
