《電子技術應用》
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用少量元件實現噪聲減半的自動調零放大器
摘要: Analog Devices AD8553自動調零儀表放大器有一個獨特的結構,它的兩只增益設定電阻沒有公共節點。該IC的前級是一個精密電壓/電流轉換器,其中增益電阻R1設定了互導的大小。
Abstract:
Key words :

  Analog Devices AD8553自動調零儀表放大器有一個獨特的結構,它的兩只增益設定電阻沒有公共節點(參考文獻1)。該IC的前級是一個精密電壓/電流轉換器,其中增益電阻R1設定了互導的大小。IC的后級是一個精密電流/電壓轉換器,與反饋電阻R2的值共同確定了總體電壓增益,即G=2(R2/R1)。會發現,兩只增益設定電阻是相互獨立的,輸入級是一個壓控電流源,可以減少有極端降噪需求的放大器的元件數。

圖1AD8553儀表放大器有獨特的架構帶有一個輸入電壓/電流轉換器用很少元件就能實現 50%的降噪


  有兩種方式,用更多的放大器來降低噪聲。首先,假設放大器中的隨機噪聲源互相獨立。另外,假設噪聲服從一種高斯分布。當對傳統電壓放大器輸出作均化時,可以用N只放大器和三倍數量的電阻,將噪聲降低到1/√N(參考文獻2)。AD8553的內部結構可以只用N+1只電阻,將幾乎無限數量的IC并行工作。通過將更多IC的相應輸入端并聯,連接起來的內部電壓/電流源也很容易并行工作(圖1)。多只IC的并聯輸入端有微伏級的輸入電壓偏置失配,在這里是無害的,因為電壓/電流轉換器的輸出電阻理論上是無限大。

  N個輸入級并聯的最終結果是,它們的輸出電流為N(VINP-VINN)/(2R1),或者是單只IC的N倍。只要使用N只IC電流/電壓級中的一級。該級的反饋電阻阻值為R2/N,其中R2是對應于單只IC所需電壓增益AV的值。由于放大器IC中的主要噪聲源是其輸入級,可以假設N個并聯電壓/電流轉換器的輸出電流隨機成份的標準差為sNI=sI×√N,其中sI是一個電壓/電流轉換器的輸出電流隨機成份的標準差。這些結果與參考文獻2中所述有差別,該文作者是通過多個電壓的平均來實現降噪。另一方面,圖1中電壓/電流轉換器公共輸出的電流確定部分是單只IC值的N倍。下列公式用于計算RSNR(相對信噪比),它定義為對輸出噪聲標準差的輸出電流:RSNRN=(N×I)/(sI×√N)=√N×RSNR1。公式的含意是:與單只IC相比,實際電路噪聲降低了1/√N。

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