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通过使用并联放大器技术改善信噪比性能

电子设计 来源:郭婷 作者:电子设计 2019-04-16 08:54 次阅读

处理低幅度信号可能具有挑战性。为了区分低电平信号和周围电路产生的噪声,我们通常使用增益来放大噪声基底以上的信号。但是,标准放大器配置将输入信号,输入噪声和放大器的噪声贡献乘以放大器的增益。因此,当输入信号的幅度变大时,输入噪声和放大器增加的噪声也会变大,导致信噪比(SNR)没有改善。

使用放大器的方法不仅可以增加信号幅度,还可以很好地提高信噪比。这种方法的关键是在求和配置中使用放大器,同时了解相关和不相关信号之间的差异。在求和配置中,由于我们对两个相关噪声源(放大器噪声)求和,放大器噪声随着√ 2 而增加,而相关输入信号幅度增加2.这个原理可以扩展到N个放大器用于显着改善SNR。

数学上,单个放大器具有输入信号S IN 和增益G,总组合输入信号由信号给出(S IN )加上输入端的任何外部产生的噪声(N IN );这写为S IN + N IN 。输出包括输出信号(S OUT )加上总输出噪声(N OUT );这些可写为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输出参考噪声。

通过除以输出RMS信号功率计算SNR通过输出RMS噪声功率。这就是:

SNR(一个放大器)=(S OUT ) 2 /(N OUT ) 2 =(S IN * G) 2 /((N IN * G) 2 < / sup> + N AMPL1 2 )

假设外部噪声输入功率最小(为简单起见)将等式减少为(S IN * G) 2 / N AMPL1 2 。

现在,并联第二个放大器会使RMS信号功率增加2倍,但只会使RMS放大器噪声增加√ 2 ,因为放大器增加了不相关的噪声。因此,我们获得的噪声不是噪声加倍(N AMPL1 加上N AMPL2 ),我们得到的噪声为 2 * N AMPL 。

通过使用并联放大器技术改善信噪比性能

两个并联放大器的SNR计算:

SNR(两个放大器)=(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,假设外部输入噪声功率最小,则将其减少到(S < sub> IN * G) 2 /(0.5 *(N AMPL 2 ))

并联放大器的好处是提高了SNR和降低了电压噪声密度。对于并联的Namplifier,放大器噪声功率降低N,输入参考电压噪声密度降低√ N 。换句话说,每次放大器数量加倍时,放大器噪声功率降低2,放大器输入参考电压噪声密度降低√ 2 。请注意,并联放大器只能减少放大器增加的不相关噪声;它不能降低由于其他外部噪声源(例如电阻器传感器,其他信号调理元件等)引起的噪声。在上面的两个并联放大器电路中,LT6020的输入电压噪声密度从45nV /√ Hz < / span>至32nV /√ Hz

下面的电路显示了LT1028的电流为0.85nV /√ Hz的N个放大器的输入噪声密度是如何降低的span>噪声密度,精密放大器

通过使用并联放大器技术改善信噪比性能

并联放大器技术可以扩展到复合放大器设计,其中两个放大器各自为电路提供独特的优势。这方面的一个例子被发现在设计说明241中;电路如下所示。这里,两个LT1806用于提供低失真,高输出驱动电路解决方案;一个放大器提供50欧姆电缆驱动能力,而另一个提供精度。

通过使用并联放大器技术改善信噪比性能

使用并联放大器的另一个好处是减少了输出失调误差.Sinc e偏移误差不相关,因为增加了更多的放大器,偏移误差的分布将向中心值移动,这样当考虑所有器件时的净值将接近典型的平均值。

通过使用并联放大器技术改善信噪比性能

在计算噪声时,请记住电流噪声,电阻噪声(反馈电阻,源阻抗等)和外部噪声都必须考虑在内。并联使用放大器的一个后果是电流噪声增加。其他权衡包括成本和组件数量。然而,这些通常可以通过使用并联放大器技术获得的改进性能来证明。

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