處理低幅度信號可能具有挑戰(zhàn)性。為了區(qū)分低電平信號和周圍電路產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)放大器配置將輸入信號,輸入噪聲和放大器的噪聲貢獻(xiàn)乘以放大器的增益。因此,當(dāng)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(dǎo)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(guān)鍵是在求和配置中使用放大器,同時了解相關(guān)和不相關(guān)信號之間的差異。在求和配置中,由于我們對兩個相關(guān)噪聲源(放大器噪聲)求和,放大器噪聲隨著√ 2 而增加,而相關(guān)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(shù)學(xué)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(chǎn)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(shè)外部噪聲輸入功率最?。楹唵纹鹨姡⒌仁綔p少為(S IN * G) 2 / N AMPL1 2 。
現(xiàn)在,并聯(lián)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(guān)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 。
兩個并聯(lián)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(shè)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(lián)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(lián)的Namplifier,放大器噪聲功率降低N,輸入?yún)⒖茧妷涸肼暶芏冉档汀?N 。換句話說,每次放大器數(shù)量加倍時,放大器噪聲功率降低2,放大器輸入?yún)⒖茧妷涸肼暶芏冉档汀?2 。請注意,并聯(lián)放大器只能減少放大器增加的不相關(guān)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(diào)理元件等)引起的噪聲。在上面的兩個并聯(lián)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。
并聯(lián)放大器技術(shù)可以擴展到復(fù)合放大器設(shè)計,其中兩個放大器各自為電路提供獨特的優(yōu)勢。這方面的一個例子被發(fā)現(xiàn)在設(shè)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(qū)動電路解決方案;一個放大器提供50歐姆電纜驅(qū)動能力,而另一個提供精度。
使用并聯(lián)放大器的另一個好處是減少了輸出失調(diào)誤差.Sinc e偏移誤差不相關(guān),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(dāng)考慮所有器件時的凈值將接近典型的平均值。
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(nèi)。并聯(lián)使用放大器的一個后果是電流噪聲增加。其他權(quán)衡包括成本和組件數(shù)量。然而,這些通常可以通過使用并聯(lián)放大器技術(shù)獲得的改進(jìn)性能來證明。
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