如何降低運放電路中的電源噪聲

1、如何降低運放電路中的電源噪聲 在這里，我們將噪聲定義為任何在運放輸出端的無用信號。噪聲可以是隨機信號或重復信號，內(nèi)部或外部產(chǎn)生，或形式，窄帶或?qū)拵В哳l或低頻。噪聲通常包括器件的固有噪聲和外部噪聲，固有噪聲包括：熱噪聲、散彈噪聲和低頻噪聲(1/f噪聲)等，在這里我們不予研究。外部的噪聲通常指電源噪聲、空間耦合干擾等，通常通過合理的設(shè)計可以避開或減小影響。降低外部噪聲的影響對發(fā)揮低噪聲運放的性能至關(guān)重要。 常見外部噪聲源電源紋波在全波整流的線性穩(wěn)壓供電的中，100hz紋波是主要的電源噪聲，對于運放電路，100hz噪聲電平通常要求控制在10nv-100nv(rti)內(nèi)，這取決于三個因素：運放在10

2、0hz時的電源抑制比(psrr)，穩(wěn)壓器的紋波抑制比及穩(wěn)壓器的輸入濾波的大小。圖1是op77的psrr-頻率曲線，可以看出，op77在100hz時psrr大約是76db，要獲得不大于100nv(rti)的性能，供電電源的紋波必需小于0.6mv。常用的三端穩(wěn)壓普通能提供大約60db的紋波抑制能力，在這種狀況下，穩(wěn)壓器的輸入濾波電容必需足夠大，以將輸入端的紋波限制在0.6v以下。電源去耦典型的串聯(lián)穩(wěn)壓器供電的電源中包含有幅度為150uv，頻率范圍為100hz-100khz的噪聲，開關(guān)型電源更嚴峻，運放的psrr在高頻時以20db/decade的速度降低，通過在電源腳加rc或lc去耦網(wǎng)絡，能濾除大部

3、分噪聲，電路形式3。在用法rc去耦時，應當注重負載電流的變幻會導致對電源腳上電壓的調(diào)制。圖3：運放供電的rc去耦電源調(diào)節(jié)率任何電源電壓的變幻都會引起運放輸入偏置電流的變幻，圖1中op77的psrr在dc時是126db(0.5uv/v)，電源電壓的變幻是一個潛在的低頻噪聲源。在低噪聲運放的應用中，降低電源的紋波和提高電源的調(diào)節(jié)率都很重要，電源調(diào)節(jié)率不足通常會引起厭煩的低頻噪聲。開關(guān)電源是一個很嚴峻的噪聲源，下圖是典型的開關(guān)電源輸出端的電壓波形：可以看出，噪聲頻譜既包含開關(guān)頻率及其諧波成分，還包含開關(guān)回路諧振引起的阻尼振蕩的高頻成分，從幾十khz向來連續(xù)到幾十mhz，而一般的運放在幾百hz以上時p

4、srr開頭急劇下降，到幾百khz時幾乎為零，此時，浮現(xiàn)在輸出端的電源噪聲將很嚴峻。影響途徑和對策除了注重對運放psrr或cmrr參數(shù)的挑選和加強運放供電去耦(如采納rc去耦)外，在開關(guān)電源供電設(shè)計中，還應注重如下一些方面：電源中的噪聲可能通過基準源或的漏電挺直耦合到的輸入端。要注重對電壓基準源輸出的濾波，對于pcb漏電，可在信號輸入引線與電源走線間加地線防護。噪聲可能通過pcb走線之間的分布電容挺直耦合到放大器輸入端，造成干擾。在pcb布線時，要注重電源線與弱信號線不要貼近平行走線，線凈距大于線寬的3倍(3w原則)，并在電源線或數(shù)字信號線與模擬小信號線之間加地線隔離。接地處理不當，噪聲通過公共

5、阻抗影響敏感電路部分。為了防止公共阻抗將電源噪聲引入信號回路，要注重如下幾點：接地上避開帶噪聲的大電流流過前級小信號地;單點接地，電源、模擬、數(shù)字電路分開接地;布板用法地平面層，最小化地線阻抗;開關(guān)電源輸出從最后一個濾波電容的地端引出電源地，避開從濾波前的電容的地端引出。圖5：共模阻抗噪聲耦合暗示圖開關(guān)管漏極開關(guān)電壓驅(qū)動的位移電流，通過初次級分布電容，次級電路，次級對大地與雜散電容，大地與初級地之間的雜散電容形成環(huán)路，次級中流過的共模電流流過不平衡的阻抗轉(zhuǎn)換成差模，對放大電路造成干擾(6)。共模方式引入的干擾普通為開關(guān)噪聲中的高頻重量(數(shù)mhz以上)。措施主要有如下三點：提供一條從開關(guān)電源次級

6、地返回初級地的低阻抗噪聲旁路通道，通常用法1000p2200p的安規(guī)電容;用法共模扼流圈加強開關(guān)電源的輸出的共模濾波;用法隔離技術(shù)，最小化回路中的共模電流。通過空間磁場耦合到具有一定環(huán)路面積的信號回路或地線環(huán)中，造成對信號的影響。另外來自開關(guān)電源或市電網(wǎng)絡的高頻干擾可能通過空間雜散電容挺直耦合到信號回路。設(shè)計中的考慮包括：合理的布局、調(diào)節(jié)電感線圈或放置方向、優(yōu)化布線，減小關(guān)鍵信號的回路面積，避開形成地環(huán)路可以減小干擾;雙面或單面板布線，注重信號線和地線，電源線與地線一定要貼近平行走線;用法1000p電容多點接地，可以兼顧和低頻信噪比的需求;對敏感電路加屏蔽，注重屏蔽層銜接到被庇護信號的參考地;走線設(shè)計上注重電源線不要和信號線捆扎在一起。小結(jié)在運放電路設(shè)計中降低電源噪聲的主要措施包括：通過去