在不可以用音频放大器电路图的情况下,如何降低电路噪音?

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众所周知,很多放大器电路在电源末端设置了退耦电容,还有一种说法是退耦电容必须靠近芯片电源脚设置。但看到的一些电路中,并没有看到有这种退耦电容的设置,电源退耦电容是否可以省略?或者在什么条件下可以省略?此讨论只限模拟放大器电路,只讨论退耦电容取舍对电路的影响,不讨论退耦电容对听感的影响。欢迎各抒己见。
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本帖最后由 mxwmke1 于
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最近玩的Quad34简化版,研究中发现此电路并没有设置电源退耦电容,实践中也证实此电路没有电源退耦电容是可行的。所以发帖讨论一下。
Quad34简化版除下图一些与供电相关的电容外,整个放大器电路中,再没有与电源相关的电容,放大器电路中共用了8片TL071。
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木耳朵,不过貌似听不出差别
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我也听不出区别,曾经试过把退耦电容搭棚在LM1875的电源+-两端,开机听音,似乎高音清丽了一点,然后拆掉后再听一遍,才发现,那是心理作用.............
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当电源内阻足够低时可以不用退耦电容
但是一般情况下电源离实际工作电路会有一定距离
考虑到电源引线电阻及分布电感等等影响
一般会在实际工作电路如芯片供电脚就近加小容量退耦电容
特别是高频工作电路及高增益电路分级分段都会加退耦电容
以降低电源高频处内阻及提高电路稳定性,
常见的数字电路几乎每个芯片供电脚就近都加小容量退耦电容
在音频电路中这些退耦电容(其实等于滤波电容)有一定调音作用
调音原理主要应该就是各种电容交流内阻的不同,没有绝对好与坏
只是喜欢与不喜欢。。。有句音响界名言---玩音响就是玩失真
整个系统绝对的高保真(即不失真)一是不可能 二是未必好听
不管怎样就diy而言,只要自己喜欢自己高兴就好。。。。。。
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本帖最后由 Lou 于
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http://bbs.hifidiy.net/forum.php ... &tid=1321031&extra=
最近玩的Quad34简化版,研究中发现此电路并 ...
---& 最近玩的Quad34简化版,研究中发现此电路并没有设置电源退耦电容
原理圖是看不出退耦电容的需求. 理論上, 電容, 電線都是完美的.
這要從電路板上才看的出來.
你不是也提到退耦电容靠近芯片的問題?
原理圖並不標示距離的.無論物理距離或電子距離.
電路板上的零件安排,電源的線路規化,高頻的性能,決定了去藕的需求。
原理圖上都看不到。
很多人在討論地線舖銅,跟去藕也有關。
所以當自己重畫電路板的時候,參考原理圖上的去藕,意義不大。因為零件在電路板上的規劃不同。
電路板本身,也是一個電子零件。
去藕電容的目地,是從電路板上每個零件的角度看起,電源都是完美的。所以去藕常常裝在電M源入口的另一端,這樣才會雨露均沾。
至於你不想討論的聽感,可以把耳朵視為高頻響應不好的示波器,但中低頻非常敏感。所以電源的頻響,在中低頻也很重要。
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以前第一次用OO板堆锡焊2030双声道电路时,就从主滤波电容直接堆锡焊到供电脚,长度大概有8CM左右,放音时小音量听倒是很正常,但是音量稍微大点就出现啪啪啪的声音,教我电子的同学看后就指导我在3脚和5脚对地并上两个100UF的电容,再试听就没啪啪啪声了而且声底很干净,但是音量再大时又再次出现啪啪声,又在同学指导下断开堆锡走线直接用粗导线飞过去,又加大电源脚退藕电容到470uf再并上104电容,然后在3脚和5脚间搭焊103的电容,至此终于彻底解决了啪啪声,而且低频也变得结实有力了一些。、
& & 在后来的DIY经历中我发现,凡是小信号小电流供电线路的(比如5532或者别的电压放大运放线路之类的),电流从主滤波电容脚出来到供电脚之间的供电线路距离少于30cm的可以不用在电源脚设置退藕电容(甚至可以用导线飞线,但绝不能堆锡焊),在玩2030这类IC的过程中供电线路小于5cm的可以不用退藕电容(但是主滤波电容必须达到4700uf),玩1875时就必须要小于3cm,这也就是我画分体板时还必须得要在板上设置几百微法退藕电容的原因,因为是分体板就必须有比较长的供电线路,而供电导线也必须要用粗点的。
& &&&至于分体功放之类的,由于我没玩过分体功放的DIY,但是以前修理产品时接触过很多各个厂家的山寨功放,发现很多后级部分都没有在C脚处设置有退藕电容,都是直接从主滤波电容处导线开窗焊锡走线过来,长度一般都在10CM之内,但是电压放大部分又或多或少的设置有十几uf 的退藕电容,估计是为了保证电压放大部分的电源纯净和避免后级大动态时电压波动的影响。
& & 反正不管怎样,我自己用OO板焊接线路时都是将电源靠近供电脚设置避免长距离供电,画板时由于考虑到打样费用的问题而不得不用分体板时就会另外设置退藕电容,供电距离越长退藕电容的容量就越大(由于体积的原因1000uf是上限)。
& & 以上是个人DIY时对于电源处理的经验,仅供参考。
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阻抗、储能、调音,这就是模电放大器电源退耦电容三种作用,用与不用,容量大小,距离远近,一切看具体设计需要。
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我自己画板,通常还是画了退耦电容。
实际安装时不一定装。。。。有可能偷懒不装。
也有可能用电解电容代替,调整一下音色。
普通音频运放,不装退耦电容一般没事。
AD827 AD811 这些超高频运放还是装上退耦电容吧,高频不稳定,自激了麻烦。
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---& 最近玩的Quad34简化版,研究中发现此电路并没有设置电源退耦电容
原理圖是看不出退耦电容的需 ...原理圖並不標示距離的.無論物理距離或電子距離.
電路板上的零件安排,電源的線路規化,高頻的性能,決定了去藕的需求。
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忘了一点,就算是小信号电压放大部分采用稳压供电的话,稳压输出之后到供电脚的距离也不能过长,虽然电压是经过稳压了按理来说文波系数已经足够小,但是供电距离过长了由于导线的阻抗和外界引入的进一步干扰也还是会引起杂音,具体参考我做的这个电源盒
& & 里面就是各种稳压电路,由于稳压后的供电线路过长导致之前做出来的2604前级,A1前级等几款小电流信号放大线路都不能开大声,一开大声就会出现轻微的啪啪声,而缩短供电线路之后就没有问题了,因此后面我才会在把前级线路装入外壳时另外靠近设置稳压线路,然后变压器外置。
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以前第一次用OO板堆锡焊2030双声道电路时,就从主滤波电容直接堆锡焊到供电脚,长度大概有8CM左右,放音时 ...
说的好,宝贵经验
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版主的这个话题正好我近期也遇到过。
如果从保证电路的技术性能而言,退耦电容一定是有益的吧。
但是从体现设计者要达到的音效音色的角度,就要看具体环境吧?
我自己也仅仅经常玩过1875这样的IC电路,不成熟的体会是:
1、如果放大电路和整流滤波整合在一起,PCB排版合理的前提下,能充分保障放大电路供电电源不出现例如自激或者干扰噪音,是可以减少使用退耦电容的容量或者不用。当然使用退耦电容用于调节音色是可以的,只是这种调整是正向的还是反向的,真的要放到音响系统的环节中去衡量。
2、如果整流滤波是独立的板子,或者干脆是分立电源机箱那种,可能就需要根据放大电路架构的设计理念取舍。
例如很早前看论坛热议那个47LA的功放,是LM1875的,因为是外置电源,而且外置电源包含整流部分,所以功放部分的退耦电容似乎用到了快1000UF。
例如Nap140在论坛所讨论的仿制电路架构以及PCB排版中,就没有退耦电容,当然声音上也没有所谓的毛刺感。
3、如果整流滤波是独立的板子,而且跟放大电路以及变压器在一个机箱里,就要看变压器和整流电路的组合以后所体现出的实际滤波效果等因素,决定退耦电容的使用。
其实,如果能够有足够的测试仪器和手段,是会更好的判断这个问题吧。只是像我这样的没有条件的人,往往更多是耳朵收货,心里满足罢了。
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尝试了只在电源接头那里安装退耦电容,飞利浦的轴向,立着装。
稳定工作没问题,声音也很好。
因为是大面积铺地,交流声比较麻烦,双面板画这种有点太紧密了,以后用四层板试试。。。。
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11#的pcb也是大面积铺地,没有你说的问题。&
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这块前级板也是大面积铺地,退耦电容用得非常多,除了那4个绿色的耦合电容,其他全部是退耦电容。
所有的运放都在距离引脚非常近的地方放置了退耦电容。
db 26.jpg (110.73 KB, 下载次数: 0)
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底噪极低,没有交流声,工作稳定。
那块分频板有交流声,是因为我把电源板叠装在它正下方,线路复杂,地线网络有点不连续,容易受到感应干扰。
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事实上有的老外成熟厂机在pcb上供电路径不短也没有用退耦电容的
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这块前级板也是大面积铺地,退耦电容用得非常多,除了那4个绿色的耦合电容,其他全部是退耦电容。
你这块板是滤波板分开的吧,由于供电导线长度的原因因此必须要有退藕电容,因为板子不是你设计的,设计者考虑到各个玩家可能使用不同的整流滤波板因此才设置了很多退藕电容以最大限度的保证底噪和稳定性。
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我沒有足夠的經驗和知識, 能在通電前做出結論.
相信原廠也作不到.
若要讓任何主動元件滿意電源的品質, 穩壓之後的所有元件 :
都影響電源品質
若電源頻響不好, 就必須用去藕電容來補.
一般用不同材質, 或不同性能, 來作並聯
但即使去藕電容, 本身仍非完美, 能不用就不用.
所以很多 DIY 的名機, 電路較簡單, 電路板不複雜. 去藕需求少.
另外一點是, 既然電路板也是電子零件之一, 不同的規劃, 有不同的效果, 廠机很少第一版就是完美的.
所以直刻的電路板, 對我很有吸引力.
剛剛有人提到穩壓版和放大板, 合併與分離的差異.
我就常常利用分離版, 用地線調音(調整電源), 分離版比較有彈性
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没装退耦并代表 它的做法可取。
但是装了退耦 肯定会比不装好。
&&我个人认为 在这个电路设计中, 除了必要部分以外, 还有很多辅助电路或者零件,是为了预防故障而设计的,预防是必要的。
Powered by这些运算放大器知识与秘籍,你不可不知这些运算放大器知识与秘籍,你不可不知电子发烧友网百家号作为电子工程师,运算放大器算是很常见的一种IC了。如果今天还说加法电路,减法电路、乘法电路、指数电路什么的,未免对不起大家。那么,今天就说说一些设计的细节内容。第一、偏置电流如何补偿对于我们常用的反相运算放大器,其典型电路如下:在这种情况下,R3为平衡电阻,其大小计算公式一般为这些运算放大器知识你注意到了吗,这样,在可以很好的保证运放的电流补偿,使正负端偏置电流相等。若这些运算放大器知识你注意到了吗时,甚至取值更大时,会产生更大的噪声和飘逸。但是,应大于输入信号源的内阻。善于思考的工程师都会想到,当为同相放大器的时候,其原理又是什么呢?现在我们先回顾下同相运放的设计电路:在同相比例运放中偏置电阻大小为这些运算放大器知识你注意到了吗,当计算出的Rp为负值时,需要将该电阻移动到正相端,与R1串联在输入端。这里额外多插入一句,同相比例运放具有高输入阻抗,低输出阻抗的特性,广泛应用在前置运放电路中。第二、调零电路种种今天运放已经发展的很迅速,附注功能各式各样,例如有些运放已经具有了调零的外接端口,此时依据数据手册进合适的电阻选择就可以完成运放调零。例如LF356运放,其典型电路如下:另外一些低成本的运放或许不带这些自动调节功能,那么作为设计师的我们也不为难,通过简单的加法电路、减法电路等可以完成固定的调零(虽然有时这种做法有隔靴挠痒的作用)。当要进行通常在补偿电路中增加一个三极管电路,利用PN结的温度特性,完成运放的温度补偿。例如在LF355典型电路中将三极管电路嵌入在V+和25K反馈电阻之间。第三、相位补偿如何选择当我们阅读一个集成运放数据手册的时候,会发现集成运放的内部其实是一个多级的放大器,因此,不可避免的对系统引入了极点使得电路需要进行相位补偿。通常采用超前补偿、滞后补偿和滞后-超前补偿。所谓的超前补偿就是相移减小的补偿,通俗的讲就是使电路出现零点,在该频率处的输出信号比输入信号的相位超前45°。通过计算将出现极点的频率点人工设计出一个零点,从而使系统变得稳定。滞后补偿通常可以理解为使相移增大的补偿。可以使主极点频率降低,使放大器频带变窄,这样,就可以使运放电路在有限的带宽内只有一个极点,使运放电路变得容易调整。第三种就是超前-滞后补偿,即采用合适的方法来处理运放单元。总之,万变不离其踪。第四、容性负载改怎么处理在平时的电子电路设计中,会由于不小心或者不注意负载的特性,而使电路变得震荡,这时,我们就应该注意负载的特性了。通常情况下,当负载为容性,通过估计其电容值小于2000pF时,通过在负载和运放的输出端串联一个小的电阻来消除震荡。电阻R2的大小为10-300Ω之间。当负载较大时,我们采用如下的方案进行消除:补偿电容C2与反馈电阻R3构成超前补偿网络,形成新的零点,抵消容性负载Cl和运放输出电阻Ro构成的新极点,从而达到消除震荡的目的。此时的补偿电容C2大小为C2=Cl(Ro+Rk)/R3,Rk取经验值10-300Ω。以上为运放电路设计中容易出现的问题和合适的解决方案,希望对大家有所启发。更希望大家留言,共同提高!设计高稳定性运算放大器电路秘籍在模拟电子的设计过程中,经常会使用到运算放大器,其中的负反馈更是家常便饭:负反馈可以抑制增益不稳定,减小元器件引入的非线性误差,减小温漂、阻抗变换和扩展频带等作用。然而,尽管负反馈的使用会使设计的电路在一定程度更加稳定,但是,如果没有注意设计的关键,也会出现使电路变的不稳定的情况。下面介绍设计高稳定行运算放大器电路的关键技术:一、接地技术在进行运算放大线路设计过程中,会有两个地线:信号地和电源地。在这两个地线的处理过程中,有很多的方法,但仍需要注意:信号地连接主要的电路部分,如:信号放大电路,反馈网络等;电源地是常见的,在电路设计中,该线主要为各个元器件地线的回路,这样可以减小干扰,保证运算放大器的稳定!二、电源滤波为防止电源电流的变化引起运放输入端的简介反馈通路,这时需要对电源进行滤波,为打破该反馈通路,推荐使用0.01uf-0.1uf的电容对电源进行旁路,最好采用低ESR和低ESL的贴片式的陶瓷电容。在电路布局中必须是引线长度尽量短,此时的反馈网络元件的位置也要靠近反向输入管脚,以便使杂散电容最小,确保运算放大器电路的高稳定性。三、电路的极零点分析在运算放大电路设计中,我们常用的设计方案有放大、滤波、比较器和施密特触发器等等。但是,我们在设计过程中,需要把持运算放大器稳定的精髓:传递函数。通过列出运算放大器的传递函数,可以从中得到运算放大器的极点和零点,这对保持运算放大器的稳定有着重要的作用:极点减小了幅值(有利于稳定),也减少了相位裕度(不利于稳定);零点则增大了幅值(不利于稳定),但增大了相位裕度(利于稳定);在复平面的右半平面的零点,既增大了幅值,又减少了相位裕度。在实际的电路设计中,只要能找到运算放大器的主副极点,工作算是完成了一大半,剩余的部分就是针对不同的模型采用不同的补偿方法来消除相应的零点和极点,使系统更加稳定:常用的稳定运算放大电路方法:1、在输入端正负输入端增加串联电阻,降低环路增益,达到系统的稳定;2、在运放的输入端有时会有高直流噪声增益,这时需要正负输入端串联RC网络来稳定系统;3、在反馈回路中增加一个电容,引起相位超前补偿达到稳定的效果运算放大器的设计是一个小系统设计,只有将该部分达到稳定,才能使整体系统设计达到稳定。华强聚丰拥有电子发烧友(百万电子工程师社区平台:www.elecfans.com)、华强PCB(多层线路板制造专家:www.hqpcb.com)、华强芯城(电子元器件及SMT在线商城:www.hqchip.com)三大主营业务,以互联网信息技术改善传统制造业,打通电子产业链上下游,形成服务于整个电子产业链的一站式服务平台,为客户降低成本,提升品质,加速进程。本文仅代表作者观点,不代表百度立场。系作者授权百家号发表,未经许可不得转载。电子发烧友网百家号最近更新:简介:收听电子行业动态,抢先知晓半导体行业作者最新文章相关文章后使用快捷导航没有帐号?
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噪音放大器原理及基础知识问答
噪音放大器原理及基础知识时间: 23:22:15 来源:中电网 作者:
IC的噪声有两种类型:
一种是外部噪声,来源于IC外部;
另一种是内部噪声,来源于器件本身。
一些工程师认为外部噪声不应该被称为噪声,因为它不是随机产生的,使用“干扰”一词也许更恰当。首先,简单谈谈三种外部噪声的主要来源:
环境中充斥着各种电磁波,虽然这些干扰信号通常在目标带宽以外,但器件的非线性有时会调整这些信号,将其带入目标区域中。特别是连接传感器的引线较长时,噪声一般会从输入引线进入电路。
抑制射频干扰的办法包括:输入端滤波、屏蔽和采用双绞线输入。
电子电路抑制电源线信号的能力有限,尤其是频率较高时,因此必须先消除电源线上的高频干扰,使其无法到达低噪声电路。可以对电源进行适当滤波以及IC本身采取良好的旁路措施来实现。敏感模拟电路与数字逻辑应采用不同的电源,至少应深度滤波。
我们经常可以从上看到很多的接地符号,但必须注意,在实际电路中任何两点的电位都不可能完全相等,电流会流经地线,从而产生电位差。必须考虑电流如何流动,并将高电流路径与敏感电路隔离。例如,实用新型接地配置,或者将模拟地层与数字地层接在一个点上。
内部噪声来源于信号链中的电路元件,IC数据手册中相关的性能规格就是针对这种噪声。典型的内部噪声源包括传感器、电阻、放大器和模数转换器。
电阻噪声分为两类:一是内部热噪声,这种噪声与电阻构造无关,仅取决于总电阻、温度和带宽,它与所施加的信号无关;二是附加电流噪声,通常被称为过量噪声,它取决于电阻的构造,与热噪声不同,电阻电流噪声与所施加的电压有关。薄膜电阻和绕线电阻具有出色的电流噪声性能,其噪声主要是内部热噪声。炭核电阻则不然,一般认为其噪声性能较差,在之后的讨论中我们将假设在低噪声设计中使用高质量薄膜电阻,因此可以忽略电流噪声,只专注于热噪声。
理想电阻的热噪声公式为:
可以看出,热噪声取决于温度、电阻、带宽和波尔兹曼常数。但在实际设计中,并不要求记住这个公式,因为我们有一个非常方便的速算法。
讨论噪声时,平方根符号会一再出现,公式中含有一个常数项,即波尔兹曼常数k。第二项是温度,请注意,噪声随温度升高而增大,此温度的单位为k,因此温度对噪声的影响可能不如想象那般大。多数工程师会忽略温度对噪声的影响,请记住你所看到的噪声规格仅针对室温有效。第三项是电阻值,最后一项是带宽。
应该记住这个公式,1kΩ电阻在室温下的热噪声为,即
无论从事何种噪声相关工作,这一算式都将使您永远受益。这个速算公式可以方便地应用于其他电阻值。
放大器噪声
图1所示为放大器噪声模型。放大器噪声分为两类:一种是电压噪声(VX),另一种是电流噪声(IX)。在实际电路中,放大器由许多晶体管组成,所有这些晶体管都有噪声。幸运的是,所有晶体管的噪声都可以折合到放大器的输入端。
图1 放大器噪声模型
电压噪声规格在数据手册中,通常以两种方式表示,分别是和。查看数据手册中的噪声特性时,必须了解它是被折合到输入端还是输出端。大部分放大器的噪声特性被折合到输入端,对于运算放大器数据手册,这几乎是默认的习惯算法。但对于其他类型的固定增益放大器(如差动放大器),噪声可能被折合到输出端。请注意,这种输入噪声会被放大器放大。例如,对于同相增益为10的放大器,输出端的噪声将是指标中给出的噪声的10倍。一些电路配置的噪声增益可能大于信号增益,反相配置就是一个很好的例子。信号增益为-1的反相配置,其噪声增益实际上为2。为了确定实际噪声增益,请将所有外部电压源短路,同时可以将噪声放大器的RTI噪声看做出现在放大器正输入端的噪声,如果以这一假设分析电路,应当能够确定噪声所接受的增益。
仪表放大器的噪声特性与运算放大器稍有不同,对于运算放大器,所有内部晶体管噪声都可以折合到输入端,换言之,所有噪声源都会按增益比例缩放。仪表放大器则不然,电路中的一些噪声会按增益比例进行缩放,其他噪声则与增益无关,这里与增益噪声相关的噪声量显示为eNI,与增益无关的噪声量显示为eNO。数据手册中有二者关系公式。
除电压噪声外,放大器还具有电流噪声。如果输入端有电阻,电流噪声将与之相互作用,产生电压噪声。譬如,大多数源电压具有一定的电阻。毕竟,将高阻抗信号源转换为低阻抗信号源是使用运算放大器的原因之一。电流噪声流经与放大器相连的电阻,产生电压噪声。一般来说,放大器的输入偏置电流越高,则电流噪声越高。
图2显示具有一定源电阻的电压跟随器配置,运算放大器的电流噪声会与信号源电阻相互作用,在输出端产生一定的额外噪声。图3显示反馈路径中的电阻如何与电流噪声相互作用,电流噪声流经反馈电阻的并联组合,在输入端产生一个额外噪声源,然后此噪声源经放大器放大到达输出端。
图2 具有一定源电阻的电压跟随器配置
图3 反馈路径中电阻与电流噪声的相互作用
模数转换器()噪声
有时候模数转换器(ADC)数据手册以Vrms或VP-P的形式提供噪声特性,但大多数情况下,该特性用噪声相对于ADC最大满量程的关系来表示,规定为信噪比(SNR)。数据手册中的噪声指标,偶尔也包括失真特性及信纳比。紧急情况下,可以使用文中提供的理想公式,但这是理论限值,永远比实际值要好。
这里的公式显示ADC的SNR数值与Vrms数值之间的换算关系,以便比较ADC与放大器的噪声。有一点必须注意,要确保使用ADC最大输入范围内的均方根噪声。
峰峰值噪声和RMS噪声
峰峰值噪声Vrms指波形中波峰与波谷点之间的距离,它仅取决于两个点,有利也有弊。有利的一面是非常容易计算,只需将最大点减去最小点;不利的一面是复验性不强,不太精确。噪声是一个随机过程,因此,这种测量实际上依赖于噪声波形的极值。采集数据的时间越长,则越有可能获得极值。均方根值噪声使用波形中的所有点,比峰峰值噪声精确得多,测量的点越多,均方根数值越精确。不利的一面是,由于要使用所有点,因此计算时间较长。
关于峰峰值和均方根值测量有一点需要注意,它们会随带宽发生较大变化,对于同一放大器,带宽越低,噪声也越低。图4清楚显示了这一点。实验中,我们测量了仪表放大器AD8222在多个不同带宽时的噪声,可以清楚的看到带宽对于噪声的影响之大。带宽每提高十倍,噪声增加三倍。由于这些测量依赖于带宽,因此有几点需要注意:首先,需要了解电路的带宽特性,需要确保测量仪器的带宽高于电路的带宽,只有这样,才能获得精确的读数。此外,使用数字万用表时,规定均方根值噪声或峰峰值噪声时,同时必须明确特定的带宽。对于绝大多数数据手册,带宽为0.1Hz至10Hz频带。
图4 AD8222在多个不同带宽时的噪声
频谱密度图使均方根测量更进一步,它实际上是将噪声测量分为不同的区间,这样便可以明确哪些频率具有较多的噪声成分。图5来自AD8295数据手册,显示了许多测量的平均组合值。由于频谱密度图将测量分为许多区间,因此需要大量的数据才能获得一张清晰的图。
图5 AD8295的频谱密度图
在较低频率时,大多数放大器的噪声曲线会斜升,噪声密度与频率成反比,因此将它称为1/f噪声。如果沿1/f斜率画一条直线,与水平噪声线相交,就可以得到1/f转折频率。
噪声的加法规则为噪声的平方和,假设噪声源不相关,这一假设在绝大多数情况下是成立的,噪声的乘法和除法规则与一般信号相同。
第一,在噪声计算时,有几点需要注意:室温下,1kΩ电阻对应于的噪声,这一速算公式可以方便地应用于其他电阻值,只需乘以电阻的平方根。
第二,在对信号源求和时,可以忽略较小的项。噪声加法规则为平方和,如果一个噪声信号只有主导噪声信号的1/5,则其贡献的额外噪声只有1/25。
第三点是对第一点的扩展,如果第一增益级的增益足够大,则可以忽略其后的一切噪声。
低噪声系统的设计技巧
低噪声系统设计的第一个窍门是在前级应用中尽可能多的增益,图6显示的是一个放大器前端的两个例子,增益为10。可以看出,将所有增益应用于第一级,比将增益分布于两级要好得多。请注意,有时最佳带宽性能的要求可能与最佳噪声性能的要求相冲突。对于带宽,我们希望每个增益级具有近似的增益,而对于噪声,我们则希望第一级具有全部的增益。
图6 放大器前端
第二个窍门是注意源阻抗。这样做有两个原因:第一,源阻抗越大,则系统噪声越大;第二,放大器必须与源阻抗匹配良好,如果源阻抗较高,电流噪声噪声特性可能比电压噪声特性更重要。
第三个窍门是要注意反馈电阻,如果选择超低噪声运算放大器,却使用很大的反馈电阻,则不可能实现低噪声电路,在同相(图7)或反相配置中,注意反馈电阻相当于折合到输出端的噪声源。而其他电阻则相当于输入端的电压源,更准确的说,是反相配置输入端的电压源。前文已经谈到,设计低噪声系统时,第一级应用有高增益,这种情况下Rg噪声占主导地位。
图7 同相运算放大器的噪声模型
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问: 放大器的内部噪音如何进行精确测量?它和哪些因素有关?在测试时需要注意那些问题?
答:对于放大器的噪声的测量,一般来讲就是把放大器的输入接0,输出经过一个低通滤波器,然后用高精度的ADC来采样做FFT,或者用示波器看输出的情况。
问:在判断放大器的性能时,主要应参考哪儿个噪声参数呢?
答:要考虑传感器、电阻、放大器和ADC的各个噪音参数。
问:用运放设计放大器时,如何估算其输入输出阻抗?
答:通常,对于运放器件,我们认为其输入阻抗无穷大,输出阻抗为0(可以参考具体型号的数据手册来查询具体的数值)。所以电路的输入输出阻抗可以基于这个条件来计算。
问:如何降低器件的内部噪声以及削弱外部噪声?
答:器件的内部噪声改变不了,可以通过选择外部的带宽来限制外部的噪声。
问:LC电路滤波与运算放大器电路滤波各有什么特点,各用在哪些场合?
答: LC滤波简单,但是滤波的效果不如有源的那么理想。而且有源滤波可以对信号同时进行放大,而无源的做不到这点。
问:ADC的量化噪音如何考虑?
答:量化噪声是理论上存在的,是无法去除的,这也是理论信噪比6.02N+1.76的来源。
问:如何测量噪声才最准确,不会引入测量噪声呢?
答:如果想得到最准确的噪音,要利用均方根值测量方法。这样的方法会将所有的噪音都计算在内,但是缺点是测量时间较长,数据量大。
问:如何通过单点接地或者多点接地来消除噪声,它们有什么区别?
答:单点接地指的是只在电源脚处将地接在一块,这是为了防止数字电源的地回流影响模拟电路的地,也会用在模拟数字芯片在一块板子上的情况下,因为两个地必须最终连在一起,所以一般选在模拟和数字地的交界处。多点接地指的是芯片的接地脚应采用就近接地,不需要引很长的线再接到地上。
问:A/D转换器的模拟地和数字地如何分割才能更好的降低噪声?
答:关于模拟地与数字地是否需要分割的问题,业界没有定论。有的就是一个地平面,有的则分为两个区域在ADC下面用短线连接,方法多样。要注意模拟和数字部分器件尽量分开,保持一定距离,模拟信号和数字信号不要交叉走线,电源的滤波电容要尽量靠近芯片
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