使運算放大器的噪聲性能與ADC相匹配

放大器說(shuō)明書(shū)包含了一個(gè)典型的規范圖表，其顯示了輸入電壓噪聲密度與頻率的對應關(guān)系。圖2就是這類(lèi)圖表的一個(gè)例子。在本例中，輸入電壓噪聲規范就是輸入電壓（即0.1Hz至10 Hz規定頻率之間的噪聲密度曲線(xiàn)）以下的區域。需要注意的是，該規范的單位為峰至峰值。為了將其轉換為一個(gè)rms值，只需將峰至峰值除6.6（業(yè)界標準峰值因數 [CF]＝3.3）即可。

表1包含了用于將rms轉換為峰至峰值（反之亦然）的典型CF值。為了估計峰至峰運算放大器輸出噪聲電壓，我們將rms輸出電壓乘以2CF。為了估計ADC峰至峰輸出比特性能，可從rms規范中減去比特峰值因數(BCF)。

表1用于將rms轉換為峰至峰的峰值因數和比特峰值因數值

*業(yè)界標準的峰值因數

如圖2，我們可以非常容易地計算出中曲線(xiàn)以下部分，1/f區域中不同輸入電壓噪聲帶寬的噪聲。在這一計算過(guò)程中，首先要確定1 Hz時(shí)的輸入噪聲密度。一旦我們得出該值，下面簡(jiǎn)單的公式便會(huì )給出曲線(xiàn)以下的rms噪聲。

其中，C等于1 Hz時(shí)的輸入噪聲密度。

作為一個(gè)例子，圖2中放大器所產(chǎn)生的0.1Hz到6000 Hz的rms噪聲量為：

利用這一計算，以及放大器噪聲增益G＝1時(shí)，對于1/f噪聲在放大器輸出端的SNR為：

我們在考慮這些低頻噪聲的時(shí)候，可能會(huì )立即得出這樣的結論：我們應該將這種公式用到非常低的頻率中，例如：0.0001Hz （0.0001Hz=每2.8小時(shí)1個(gè)周期）。但是，在低于0.1 Hz的頻率下，則每10秒鐘一個(gè)周期，在電路中極有可能會(huì )出現其他情況，例如：溫度、老化程度或組件壽命等發(fā)生變化。實(shí)際上，來(lái)自放大器的低頻噪聲可能不會(huì )出現在這種采樣速度下，但是電路中可能會(huì )出現一些變化（例如：溫度或者電源電壓等的變化）。

放大器規范表（請參見(jiàn)圖2）還給出了輸入噪聲密度值。該規范始終工作在較高的頻率下，即在輸入電壓噪聲相對穩定的區域中。就這一曲線(xiàn)區域而言，乘以帶寬的平方根和噪聲密度使噪聲穿過(guò)該帶寬。例如，如果放大器噪聲在10 kHz下為 ，那么6 kHz到100 kHz帶寬的放大器噪聲則為：

其中，BW等于相關(guān)帶寬。

那么，我們如何從廠(chǎng)商的圖表中得到一個(gè)RTO噪聲值呢？我們可以計算出噪聲曲線(xiàn)以下部分的面積，然后乘以放大器的噪聲增益。本例中，電路的噪聲增益為+1 V/V。我們首先確定放大器在兩個(gè)區域中的噪聲，然后使用平方和的平方根將這兩個(gè)值加起來(lái)。圖3顯示了進(jìn)行這一計算的公式，并闡明了這兩個(gè)區域。