为什么在噪声发生器中使用 LNA?

电器工程 噪音
2022-01-31 13:47:56

此 Maxim 应用笔记中,齐纳二极管的雪崩噪声由两个级联 LNA(低噪声放大器)放大:

白噪声发生器

您可以猜到我的问题是:如果您首先想要噪声,为什么要使用低噪声放大器?普通运算放大器不会产生白噪声吗?

3个回答

运算放大器中的大多数噪声,如热噪声肖特基噪声(“散粒”噪声)是白色的,即具有平坦的频谱,但例如闪烁噪声(又名 1/f 噪声)不是。MAX2650 将具有较低的整体噪声,包括白色和彩色。

但即使整体噪声接近白色,也可能有其他原因不选择运算放大器,而且它们并不总是技术性的。
制造商的应用说明不仅仅是为客户提供服务它们也是/主要是一种促销工具,将制造商的产品置于聚光灯下。也许Maxim的营销人员认为MAX2650没有得到足够的关注。


进一步阅读
这份 TI 文档详细介绍了运算放大器中的噪声。

不能保证有一个完全好的答案。这是一个“设计理念”,看起来它可能是基于杂志的电路理念。设计师的推理不保证是圣旨

目的是使用尽可能提供真正随机噪声的噪声源。他指出

  • 在此源电流范围内,噪声功率在 ±1dB 内随机变化。似乎在齐纳二极管击穿现象中,雪崩噪声优于其他噪声源,例如散粒噪声(与电流成正比)、闪烁噪声和热噪声。

运算放大器不会将雪崩噪声作为主要噪声源。

他的图 2(复制如下)进一步说明了这一点。

  • 底部曲线是所有电源关闭的系统输出。
  • 中间曲线(幅度随着频率的增加而上升)是在运算放大器上通电但在齐纳二极管上没有通电的系统。
  • 上曲线(幅度随着频率的增加而下降)是齐纳噪声源处于活动状态的输出。

白噪声发生器输出频谱

可以说最好的结果是在所有电源关闭的情况下给出的,但幅度比最终结果低 46 dB+,并且源定义不明确(充其量)。

仅运算放大器的曲线总体上与最终结果一样平坦(但斜率相反),但在选定点和一些非常大的偏移(大约 5 个 15 dB+ 的尖峰,更多的 5 dB+ 和大一般可变性的程度。几乎不能表明真正的白噪声源。

最终曲线总体上更接近平坦,除了随频率下降的幅度通常可以轻松补偿。值得注意的是,在许多频率上存在许多次要峰值(2 到 5 dB 范围),这些频率与运算放大器仅响应中的主要峰值完全对应。这表明它们是基本系统的属性,而不是齐纳源的属性,并且限制整体性能的是基本放大器的噪声输出缺点 - 这是低噪声设备合理的一个很好的指标。

也就是说,在距离 1 MHz 约 1.3 格处有明显的尖峰,仅在运算放大器图中给出了约 20 dB 的尖峰,在最终图中给出了 10 dB 的尖峰,这表明存在一定幅度的外部噪声源。频率约为 1.3/4 = 0.325 从 1 到 10 MHz 在对数标度上~~~= 2.1 MHZ。这可能是测试设备中的 IF 频率(1.6 MHz?)。同样,仅 20 Mhz - 80 MHz 运算放大器范围内的高幅度窄范围尖峰表明测量系统或运算放大器的杂散响应。

有趣的是,运算放大器仅在 80 - 100 MHz 范围内响应的突然变化,几乎没有噪声尖峰和广泛的一般可变性,并没有在最终输出的任何地方得到相同程度的反映。

总体而言,运算放大器噪声似乎是最终结果不理想的主要因素。如果从最终结果中减去运算放大器响应中观察到的“误差”,则会产生非常出色的噪声源。由于低噪声运算放大器确实如此,因此较高噪声的器件似乎可能会产生更糟糕的结果。

他们本可以使用任何运算放大器来完成这项工作。进入第一个运算放大器的二极管产生的噪声非常高(比热噪声高约 40dB),以至于“信号”(此处为所需噪声)与噪声比已经牢固确立,并且没有任何运算放大器的选择会改变或着色。