广告

神秘的运算放大器 1/f 低频区域噪声

2020-04-10 Bruce Trump 资深模拟工程师 阅读:
神秘的运算放大器 1/f 低频区域噪声
运算放大器的1/f (one-over-f)低频区域噪声好像有一些神秘。1/f噪声也被称作闪烁噪声,像一道闪烁的烛光。

运算放大器的1/f (one-over-f)低频区域噪声好像有一些神秘。1/f噪声也被称作闪烁噪声,像一道闪烁的烛光。XYmednc

在示波器上使用慢扫描来观察1/f噪声可以看到一条漂移的基线(如图1所示),因为高频噪声叠加在较大的低频成分上。1/f噪声通常被比喻为粉红噪声,同样揭示出较大的低频噪声成分。闪烁噪声经常在物理系统和生命科学中出现。1/f噪声和天气一样,是一个缓慢变化的过程,你可能需要很长的时间才能观测到。我并不打算解释为什么1/f噪声会在半导体中存在------这是一个很深的主题!XYmednc

XYmednc

闪烁噪声的频谱曲线以-10dB/十倍频的斜率下降,斜率是R-C网络单极点的一半。噪声电压的平方(或者功率)以1/f的斜率下降,噪声电压以1/ 的斜率下降。实际的斜率可能稍微有些变化,但是这并不影响结论。XYmednc

利用波峰和波谷来测量闪烁噪声的方法看起来显得很笨拙。你必须在很长的周期内做平均来得到一个合理的平稳值。0.1Hz噪声的周期是10秒,所以要较好地测量低频段0.1Hz的噪声,你必须对很多10秒的周期做平均------五分钟或者更多。对于0.01Hz的噪声,需要做更长时间的平均。如果你重复地测量,你会发现测量结果是不一样的。噪声是随机的并且1/f噪声比其他噪声更随机。XYmednc

为了估算带宽f1到f2的总体噪声VB,我们对1/f进行积分,得到一个频率比,f2/f1的自然对数结果。XYmednc

XYmednc

需要仔细思考的几点:XYmednc

  • 每十倍频(或者其他恒定的频率比)带来相同的噪声。每上一个十倍频有更小的噪声密度,但是有更高的带宽。
  • 从频谱曲线上,你可以推断出1/f噪声随着不断增加的时间会无穷地增大。的确是这样的,但这是非常缓慢的。0.1Hz到10Hz噪声是 Hz(周期为一年)到10Hz的近乎两倍。十年后会增加额外的6%。
  • 滤除1/f噪声是有难度的,但并不是不可能的。0.1Hz到1KHz(四十倍频)的闪烁噪声滤除到10Hz(二十倍频)仅仅减少了3dB的噪声。低频噪声的电阻值必须很小,因为较低的频率会使得电容值较大,从而得到一个较小的截止频率。

运放噪声由1/f噪声和宽带(白噪声)组成。在1/f噪声较大的低频区,存在宽带噪声;在宽带噪声较大的高频区,存在1/f噪声。在转折频率区,这两种噪声随机相加,使得噪声有3dB的增长。XYmednc

XYmednc

运放噪声是在带宽f1到f2内,分别对1/f噪声和宽带噪声积分,然后做均方根相加。XYmednc

  • 闪烁噪声密度增加N倍时,转折频率增加N2。
  • 尽管1/f噪声看起来比较大,但是从转折点的下一个十倍频程到上一个十倍频程的总噪声中白噪声起主要作用(平坦噪声占了68%的比例)。

你可以下载一个Excel文件来估算1/f噪声和宽带噪声,它可以产生一个类似图2的图表。利用这个工具不断修改你的电路,你会对这个问题有一个更深刻的认识。XYmednc

尽管BJT输入级的运放(OPA211)通常有更低的1/f噪声,但新一代模拟IC工艺已大大改善了JFET和CMOS芯片。例如,OPA140(JFET)、OPA376(CMOS)运放分别有10Hz和50Hz的转折频率。斩波放大器通过修正失调电压变化几乎消除了1/f噪声。XYmednc

阅读原文,请访问:EDN.COMXYmednc

查看更多请点击:《看一个TI老工程师如何驯服精密放大器XYmednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 为防被“中国芯”赶超,美国出台 756 页报告收紧芯片制 日前,美国人工智能国家安全委员会(NSCAI)向美国国会递交一份投票通过、长达756页的2021年度最终建议报告,其内容与人工智能和半导体领域的中美竞争相关。
  • Luxexcel和WaveOptics合作,创建出一款增强现实处方眼镜 3D打印处方镜片的技术领导者Luxexcel与领先的波导和光引擎设计制造商WaveOptics合作开发了一款创新模块,整合了开发消费者增强现实 (Augmented Reality, AR) 智能眼镜所需的三个重要元素:3D打印处方镜片,波导和投影仪。
  • 压力感测:灵活和可靠的显示屏输入选择 今年国际消费电子展 (CES) 上,许多概念车配置了几乎取代整个仪表盘的触摸屏。仪表、天气和信息娱乐控件全部被一块大型电容式触摸屏所代替。设计师认识到,当前许多中控台触摸屏面积太小。
  • iPhone终于能戴口罩解锁了 前几天,苹果发布了iOS 14.5Beta1,虽然更新幅度不是很大,但带来几项重要的功能,一是支持iPhone 12的5G双卡双待,另一个重要的新功能是支持戴口罩解锁,不过需要佩戴苹果的手表。
  • 联发科发布支持毫米波的5G基带M80 ,跃居5G手机芯片前三 从2020年到现在,联发科在5G芯片上展现了强大的研发力量,从天玑720,天玑800,天玑1000,天玑1100,天玑1200,技术上从支持NSA和SA双模到双卡双待双5G,而今其毫米波基带M80也正式发布了。由此,联发科完全跃居5G手机芯片前三,似乎要隐隐超过三星。
  • 工信部提出突破电子元器件关键技术,让一批企业营收先破 工业和信息化部日前正式印发《基础电子元器件产业发展行动计划(2021—2023年)》,将面向智能终端、5G、工业互联网、数据中心、新能源汽车等重点市场,推动基础电子元器件产业实现突破。在技术创新上,《行动计划》提出突破一批电子元器件关键技术,行业总体创新投入进一步提升,到2023年,我国电子元器件销售总额达到2.1万亿元,力争15家企业营收规模……
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了