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运放电路中的电源噪声怎么下降?

运放电路中的电源噪声如何降低?-外部的噪声通常指电源噪声、空间耦合干扰等,通常通过合理的设计可以避免或减小影响。降低外部噪声的影响对发挥低噪声运放的性能至关重要。

  噪声可所以随机信号或重复信号,内部或外部发生,电压或电流方法,窄带或宽带,高频或低频。噪声一般包含器材的固有噪声和外部噪声,固有噪声包含:热噪声、散弹噪声和低频噪声(1/f噪声)等,在这里咱们不予评论。外部的噪声一般指电源噪声、空间耦合搅扰等,一般经过合理的规划能够防止或减小影响。下降外部噪声的影响对发挥低噪声运放的功能至关重要。

  常见外部噪声源

  

  电源纹波

  在全波整流的线性稳压供电的电路中,100Hz纹波是首要的电源噪声,关于运放电路,100Hz噪声电平一般要求控制在10nV-100nV(RTI)内,这取决于三个要素:运放在100Hz时的电源按捺比(PSRR),稳压器的纹波按捺等到稳压器的输入滤波电容的巨细。图1是OP77的PSRR-频率曲线,能够看出,OP77在100Hz时PSRR大约是76dB,要取得不大于100nV(RTI)的功能,供电电源的纹波有必要小于0.6mV。常用的三端稳压一般能供给大约60dB的纹波按捺才能,在这种情况下,稳压器的输入滤波电容有必要足够大,以将输入端的纹波约束在0.6V以下。

  

  电源去耦

  典型的串联稳压器供电的电源中包含有起伏为150uV,频率规模为100Hz-100KHz的噪声,开关型电源更严峻,运放的PSRR在高频时以 20dB/Decade的速度下降,经过在电源脚加RC或LC去耦网络,能滤除大部分噪声,电路方法如图3。在运用RC去耦时,应该留意负载电流的改变会导致对电源脚上电压的调制。

  

  图3:运放供电的RC去耦

  电源调整率

  任何电源电压的改变都会引起运放输入偏置电流的改变,图1中OP77的PSRR在DC时是126dB(0.5uV/V),电源电压的改变是一个潜在的低频噪声源。在低噪声运放的运用中,下降电源的纹波和进步电源的调整率都很重要,电源调整率缺乏一般会引起厌烦的低频噪声。

  开关电源

  开关电源是一个很严峻的噪声源,下图是典型的开关电源输出端的电压波形:

  

  能够看出,噪声频谱既包含开关频率及其谐波成分,还包含开关回路谐振引起的阻尼振荡的高频成分,从几十KHz一向延续到几十MHz,而一般的运放在几百Hz以上时PSRR开端急剧下降,到几百KHz时简直为零,此刻,出现在输出端的电源噪声将很严峻。

  影响途径和对策

  除了留意对运放PSRR或CMRR参数的挑选和加强运放供电去耦(如选用RC去耦)外,在开关电源供电规划中,还应留意如下一些方面:

  电源中的噪声或许经过基准源或PCB的漏电直接耦合到扩大器的输入端。要留意对电压基准源输出的滤波,关于PCB漏电,可在信号输入引线与电源走线间加地线防护。

  噪声或许经过PCB走线之间的分布电容直接耦合到扩大器输入端,构成搅扰。在PCB布线时,要留意电源线与弱信号线不要靠近平行走线,线净距大于线宽的3倍(3W准则),并在电源线或数字信号线与模仿小信号线之间加地线阻隔。

  接地处理不妥,噪声经过公共阻抗影响灵敏电路部分。为了防止公共阻抗将电源噪声引进信号回路,要留意如下几点:接地上防止带噪声的大电流流过前级小信号地;单点接地,电源、模仿、数字电路分隔接地;布板运用地平面层,最小化地线阻抗;开关电源输出从最终一个滤波电容的地端引出电源地,防止从滤波电感前的电容的地端引出。

  

  图5:共模阻抗噪声耦合示意图

  开关管漏极开关电压驱动的位移电流,经过初次级分布电容,次级电路,次级对大地与杂散电容,大地与初级地之间的杂散电容构成环路,次级模仿电路中流过的共模电流流过不平衡的阻抗转换成差模,对扩大电路构成搅扰(如图6)。共模方法引进的搅扰一般为开关噪声中的高频重量(数MHz以上)。办法首要有如下三点:供给一条从开关电源次级地回来初级地的低阻抗噪声旁路通道,一般运用1000p~2200p的安规电容;运用共模扼流圈加强开关电源的输出的共模滤波;运用阻隔技能,最小化回路中的共模电流。

  

  经过空间磁场耦合到具有必定环路面积的信号回路或地线环中,构成对信号的影响。别的来自开关电源或市电网络的高频搅扰或许经过空间杂散电容直接耦合到信号回路。规划中的考虑包含:合理的布局、调整电感线圈或变压器放置方向、优化布线,减小要害信号的回路面积,防止构成地环路能够减小搅扰;双面或单面板布线,留意信号线和地线,电源线与地线必定要靠近平行走线;运用1000p%&&&&&%射频多点接地,能够统筹EMC和低频信噪比的需求;对灵敏电路加屏蔽,留意屏蔽层连接到被维护信号的参阅地;走线规划上留意电源线不要和信号线捆扎在一起。

  小结

  在运放电路规划中下降电源噪声的首要办法包含:

  经过去耦、滤波等办法下降电源输出的纹波和噪声成分。

  改进规划,进步电源电压调整率。

  合理电路结构、讲究的PCB布线、合理的走线工艺。

  挑选在灵敏噪声频段的PSRR或CMRR较高的器材。

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