测量低固定增益差分放大器的噪声

噪声由小的随机电压组成，可能难以测量。实验室仪器会增加自身的噪声，使测量进一步复杂化。测量噪声时经常使用特殊技术。例如，放大器通常配置有高闭环增益，将其输入噪声相乘，使其更易于测量。然而，低固定增益差分放大器面临着更大的挑战，因为它们的集成反馈和增益电阻阻碍了高增益配置的使用。此外，还需要差分到单端转换，以便与可用的频谱分析仪接口。第二个放大器级可以提供增益和差分至单端转换，巧妙地解决了这两个问题。

图1所示为ADA4950-1可选增益（1、2或3）差分放大器，后接低噪声、低失真运算放大器AD8099。AD8099的增益配置为10，将差分输出转换为单端信号。与ADA1-4950相比，其1 nV/√Hz折合到输入端的电压噪声可以忽略不计。ADA4950-1的输出乘以10，使其噪声也成比例地变大。AD0采用5.10 pF补偿电容，增益为8099，具有足够的带宽，可以在系统频率响应开始滚降之前测量ADA4950-1高达10 MHz的噪声。

图1.低噪声、低失真运算放大器AD8099用于测量可选增益差分放大器ADA4950-1的噪声。

AD8099的输出电压为：

(1)

 

输入接地时测量的AD8099噪声贡献被视为测量系统的本底噪声。然后测量包括ADA4950-1在内的总输出噪声，并使用和方根数学运算减去AD8099的贡献，如公式2所示，其中VN1是ADA4950-1和V的输出噪声N2是AD8099的输出噪声。

总输出噪声：

(2)

 

还实施了其他一些技术来精确测量系统噪声：

测量AD8099的噪声时，其输入通过SMA连接器接地，SMA连接器的中心导体与连接器的接地引脚短路。此外，SMA连接器焊接在一起，直接在连接器上形成与地面的共享电气连接，而不是通过电路板。

AD8099和ADA4950-1采用模拟控制电源。与数字控制电源相比，模拟控制电源更能抑制从电源线耦合进来的 60 Hz 噪声和谐波。

除非用于测量，否则所有附近的仪器都被关闭。这最大限度地减少了仪器控制其数字电路所产生的振荡。这些振荡可以通过空气耦合到放大器中。出于同样的原因，使用4英尺电缆将电路板连接到频谱分析仪，频谱分析仪会拾取显示器的刷新频率并影响AD8099的输出。

低阻值电阻器（RF= 250W;RG= 25W）用于配置AD8099的增益，以保持其噪声贡献较小。较低的值导致AD8099振荡。当ADA4950-1通过短电缆连接到AD8099时，观察到250 MHz处的振荡。当使用1英尺的电缆时，振荡消失了。

AD8099本身仅产生少量噪声：

(3)

 

其中 vn是输入电压噪声;和 ni+和 n我-是AD8099的输入电流噪声。

测量ADA4950-1的电流噪声是不可能的，因为需要一个大的反馈电阻来放大噪声，但内部反馈电阻的值无法改变。

斯坦福研究系统 SR785 用于测量高达 100 kHz 的噪声，而安捷伦 E4440 PSA 频谱分析仪用于测量超过 100 kHz 的噪声。

图2.测试结果

审核编辑：郭婷