低固定增益差分放大器的噪声测量
发布日期：2013-06-03
由随机小电压构成的噪声可能很难测量，实验室仪器本身的噪声使测量问题进一步复杂化。测量噪声时，常常要使用专门的技术。例如，放大器通常配置为高闭环增益，以使放大输入噪声便于测量。但是，低固定增益差分放大器的噪声测量面临着更大的问题，它集成反馈和增益电阻，不方便使用高增益配置。此外，为了与频谱分析仪接口，需要进行差分单端转换。第二级放大器可以提供增益并执行差分单端转换，巧妙地解决上述两个问题。
图1显示可选增益（1、2或3）差分放大器ADA4950-1后接低噪声、低失真运算放大器AD8099。AD8099将差分输出转换为单端信号，增益设为10。与ADA4950-1相比，AD8099的1nV/√Hz等效输入电压噪声可忽略不计。ADA4950-1的输出放大10倍，其噪声也成比例放大。利用0.5pF补偿电容和10倍增益，AD8099具有足够的带宽来测量ADA4950-1的噪声；在系统的频率响应开始滚降之前，工作频率最高可达10 MHz。
图1. 利用低噪声、低失真运算放大器A D8099测量可选增益差分放大器ADA4950-1的噪声
AD8099的输出电压为：
(1)
当输入接地时，测得的AD8099噪声贡献视为测量系统的噪底，然后测量包括ADA4950-1的总输出噪声，ADA4950-1的噪声即为RSS（和的平方根）方法，用总噪声减去AD8099的噪声贡献。如式2所示；其中Vn1为ADA4950-1的输出噪声，Vn2为AD8099的输出噪声。
总输出噪声为： 
(2)
为了精确测量系统噪声，还采用了其它几项技术：
AD8099本身的噪声贡献非常小：
(3)
其中vn为输入电压噪声，ni+和ni-为AD8099的输入电流噪声。
因为需要一个大反馈电阻来放大该噪声，但内部反馈电阻值无法改变，所以不可能测量ADA4950-1的电流噪声。
图2所示的是测量结果，测量100 kHz及以下的噪声使用的是Stanford Research Systems SR785，测量100 kHz以上的噪声使用的是Agilent E4440 PSA频谱分析仪。
图2. 测试结果