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噪聲和失真是工程師在設(shè)計高精度模擬系統(tǒng)常見的兩個令人撓頭的問題。但是，當(dāng)我們查看一個運算放大器數(shù)據(jù)表中的總諧波失真和噪聲 (THD+N) 數(shù)值時，也許不能立即搞清楚哪一個才是你要應(yīng)對的敵人：噪聲還是失真? “噪聲”描述的是由放大器產(chǎn)生的隨機電信號。“失真”是指由放大器引入的有害諧波。諧波是頻率為輸入信號頻率整數(shù)倍的信號。總諧波失真和噪聲技術(shù)規(guī)格通過比較失真諧波的電平 (Vi) 和RMS噪聲電壓 (Vn) 與輸入信號的電平 (Vf) 來量化這些因素，使用的方程式如下： 在OPA316的數(shù)據(jù)表中，這條曲線顯示了針對多個配置和輸出負載，在頻率范圍內(nèi)測得的THD+N。不幸的是，我們無法立即知道噪聲或失真諧波是否對THD+N有更大的影響。要深入探究這一點，我們可以計算噪聲對測量結(jié)果產(chǎn)生的影響。 圖1：多個配置之后THD+N與OPA316的頻率之間的關(guān)系 首先，我們簡化THD+N計算來去除失真項： 我們可以用如下方程式來近似計算一個基本運算放大器電路的RMS噪聲電壓： AN是“噪聲增益”，eN是運算放大器寬帶電壓噪聲頻譜密度，而BWN是測量噪聲時的帶寬。噪聲增益，或者說是放大器對其固有噪聲的增加，始終在運算放大器的非反向輸入上測得。當(dāng)運算放大器被用作非反向放大器時，這種方法簡單且直接;信號增益與噪聲增益是一樣的。然而，對于反向放大器，噪聲增益將為信號增益的幅值加上1。例如，信號增益為-1的反向放大器具有+2的噪聲增益。 OPA316有一個11nV/√Hz的寬帶輸入電壓噪聲頻譜密度，并且測量帶寬的額定值為80kHz。對于非反向放大器 (G = +1)，RMS噪聲電壓大約為： 對于反向放大器(增益 = -1)，RMS噪聲電壓為： 現(xiàn)在，可使用下圖給出的輸出幅值信息來計算這兩個配置中噪聲對THD+N測量值的影響： 非反向 (G = +1)： 反向 (G = -1)： 請注意，這些計算出來的值與低頻下 ( 圖2：多個配置中，OPA316運行在1kHz時，THD+N與輸出幅值之間的關(guān)系 另一方面，失真諧波的幅值會隨著信號幅值的變化而變化。一旦曲線偏離恒定向下斜坡，我們就會知道失真諧波正在影響THD+N測量值。 針對低噪聲的電路設(shè)計具有噪聲不斷增加帶來的有害后果。具有低值反饋電阻器的非反向運算放大器可以提供特別低的噪聲，但是額外的負載和共模電壓會增加高頻失真。了解噪聲或失真是否會限制你的系統(tǒng)性能對于找到一個工程設(shè)計解決方案十分關(guān)鍵。掌握某些基本手算結(jié)果，并且能夠看懂?dāng)?shù)據(jù)表THD+N圖，你就可以迅速確定誰是罪魁禍?zhǔn)琢恕?br /> |
