《電子技術(shù)應(yīng)用》
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用少量元件實現(xiàn)噪聲減半的自動調(diào)零放大器
摘要: Analog Devices AD8553自動調(diào)零儀表放大器有一個獨(dú)特的結(jié)構(gòu),它的兩只增益設(shè)定電阻沒有公共節(jié)點(diǎn),。該IC的前級是一個精密電壓/電流轉(zhuǎn)換器,其中增益電阻R1設(shè)定了互導(dǎo)的大小,。
Abstract:
Key words :

  Analog Devices AD8553自動調(diào)零儀表放大器有一個獨(dú)特的結(jié)構(gòu),它的兩只增益設(shè)定電阻沒有公共節(jié)點(diǎn)(參考文獻(xiàn)1),。該IC的前級是一個精密電壓/電流轉(zhuǎn)換器,,其中增益電阻R1設(shè)定了互導(dǎo)的大小。IC的后級是一個精密電流/電壓轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn),,兩只增益設(shè)定電阻是相互獨(dú)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(shù)。

圖1AD8553儀表放大器有獨(dú)特的架構(gòu)帶有一個輸入電壓/電流轉(zhuǎn)換器用很少元件就能實現(xiàn) 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(shè)放大器中的隨機(jī)噪聲源互相獨(dú)立,。另外,,假設(shè)噪聲服從一種高斯分布。當(dāng)對傳統(tǒng)電壓放大器輸出作均化時,,可以用N只放大器和三倍數(shù)量的電阻,,將噪聲降低到1/√N(參考文獻(xiàn)2)。AD8553的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以只用N+1只電阻,,將幾乎無限數(shù)量的IC并行工作,。通過將更多IC的相應(yīng)輸入端并聯(lián),連接起來的內(nèi)部電壓/電流源也很容易并行工作(圖1),。多只IC的并聯(lián)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(zhuǎn)換器的輸出電阻理論上是無限大,。

  N個輸入級并聯(lián)的最終結(jié)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(yīng)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(shè)N個并聯(lián)電壓/電流轉(zhuǎn)換器的輸出電流隨機(jī)成份的標(biāo)準(zhǔn)差為sNI=sI×√N,,其中sI是一個電壓/電流轉(zhuǎn)換器的輸出電流隨機(jī)成份的標(biāo)準(zhǔn)差,。這些結(jié)果與參考文獻(xiàn)2中所述有差別,該文作者是通過多個電壓的平均來實現(xiàn)降噪,。另一方面,,圖1中電壓/電流轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)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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