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通過使用并聯放大器技術改善信噪比性能

電子設計 ? 來源:郭婷 ? 作者:電子設計 ? 2019-04-16 08:54 ? 次閱讀

處理低幅度信號可能具有挑戰性。為了區分低電平信號和周圍電路產生的噪聲,我們通常使用增益來放大噪聲基底以上的信號。但是,標準放大器配置將輸入信號,輸入噪聲和放大器的噪聲貢獻乘以放大器的增益。因此,當輸入信號的幅度變大時,輸入噪聲和放大器增加的噪聲也會變大,導致信噪比(SNR)沒有改善。

使用放大器的方法不僅可以增加信號幅度,還可以很好地提高信噪比。這種方法的關鍵是在求和配置中使用放大器,同時了解相關和不相關信號之間的差異。在求和配置中,由于我們對兩個相關噪聲源(放大器噪聲)求和,放大器噪聲隨著√ 2 而增加,而相關輸入信號幅度增加2.這個原理可以擴展到N個放大器用于顯著改善SNR。

數學上,單個放大器具有輸入信號S IN 和增益G,總組合輸入信號由信號給出(S IN )加上輸入端的任何外部產生的噪聲(N IN );這寫為S IN + N IN 。輸出包括輸出信號(S OUT )加上總輸出噪聲(N OUT );這些可寫為S OUT = S IN * G和N OUT = N IN * G + N AMPL1 ,其中N AMPL1 是由放大器本身引起的輸出參考噪聲。

通過除以輸出RMS信號功率計算SNR通過輸出RMS噪聲功率。這就是:

SNR(一個放大器)=(S OUT ) 2 /(N OUT ) 2 =(S IN * G) 2 /((N IN * G) 2 < / sup> + N AMPL1 2 )

假設外部噪聲輸入功率最小(為簡單起見)將等式減少為(S IN * G) 2 / N AMPL1 2 。

現在,并聯第二個放大器會使RMS信號功率增加2倍,但只會使RMS放大器噪聲增加√ 2 ,因為放大器增加了不相關的噪聲。因此,我們獲得的噪聲不是噪聲加倍(N AMPL1 加上N AMPL2 ),我們得到的噪聲為 2 * N AMPL 。

通過使用并聯放大器技術改善信噪比性能

兩個并聯放大器的SNR計算:

SNR(兩個放大器)=(2S IN * G)< sup> 2 /((2N IN * G) 2 +(√ 2 ((N AMPL1 ) 2 +(N AMPL2 ) 2 )))=(2S IN * G) 2 /((2N IN * G) 2 +(√ 2 N AMPL ) 2 )=(S IN * G) 2 /((N IN * G) 2 + 0.5 *(N AMPL 2 ))。

再次,假設外部輸入噪聲功率最小,則將其減少到(S < sub> IN * G) 2 /(0.5 *(N AMPL 2 ))

并聯放大器的好處是提高了SNR和降低了電壓噪聲密度。對于并聯的Namplifier,放大器噪聲功率降低N,輸入參考電壓噪聲密度降低√ N 。換句話說,每次放大器數量加倍時,放大器噪聲功率降低2,放大器輸入參考電壓噪聲密度降低√ 2 。請注意,并聯放大器只能減少放大器增加的不相關噪聲;它不能降低由于其他外部噪聲源(例如電阻器傳感器,其他信號調理元件等)引起的噪聲。在上面的兩個并聯放大器電路中,LT6020的輸入電壓噪聲密度從45nV /√ Hz < / span>至32nV /√ Hz

下面的電路顯示了LT1028的電流為0.85nV /√ Hz的N個放大器的輸入噪聲密度是如何降低的span>噪聲密度,精密放大器

通過使用并聯放大器技術改善信噪比性能

并聯放大器技術可以擴展到復合放大器設計,其中兩個放大器各自為電路提供獨特的優勢。這方面的一個例子被發現在設計說明241中;電路如下所示。這里,兩個LT1806用于提供低失真,高輸出驅動電路解決方案;一個放大器提供50歐姆電纜驅動能力,而另一個提供精度。

通過使用并聯放大器技術改善信噪比性能

使用并聯放大器的另一個好處是減少了輸出失調誤差.Sinc e偏移誤差不相關,因為增加了更多的放大器,偏移誤差的分布將向中心值移動,這樣當考慮所有器件時的凈值將接近典型的平均值。

通過使用并聯放大器技術改善信噪比性能

在計算噪聲時,請記住電流噪聲,電阻噪聲(反饋電阻,源阻抗等)和外部噪聲都必須考慮在內。并聯使用放大器的一個后果是電流噪聲增加。其他權衡包括成本和組件數量。然而,這些通常可以通過使用并聯放大器技術獲得的改進性能來證明。

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