本文将讨论决定运算放大器 (op amp) 固有噪声的根本物理联系。集成电路规划人员在噪声和其他运算放大器参数之间进行了一些功能折衷的规划，而电路板和体系级规划人员将从中得到一些启示。别的，工程师们还能了解到，怎么依据产品阐明书的典型标准在室温及超越室温时预算最坏状况下的噪声。
最坏状况下的噪声剖析和规划的 5 条经历规律
大多数运算放大器产品阐明书列出的仅仅是一个运算放大器噪声的典型值，没有任何关于噪声温度漂移的信息。电路板和体系级规划人员希望能依据典型值找出一种能够预算最大噪声的办法，此外，这种办法应该还能够有效地预算出跟着温度改动的噪声漂移。这儿给出了一些有助于进行这些预算的根本的晶体管噪声联系。可是为了能精确地使用这些联系，咱们有必要对内部拓扑结构（如偏置结构和晶体管类型等等）进行一些了解。不过，假如咱们考虑到最坏状况下的结构，也能够做一些包含大多数结构类型的概略性阐明。本节总结了最坏状况下的噪声剖析和规划的 5 条经历规律。下一节给出了与这些经历规律相关的具体数学计算办法。
经历规律 1：对半导体工艺进行一些改动，不会影响到宽带电压噪声。这是由于运算放大器的噪声一般是由运算放大器偏置电流引起的。一般说来，从一个器材到另一个器材的偏置电流是相对稳定的。在一些规划中的噪声首要来自输入 ESD 维护电阻的热噪声。这样的话，宽带噪声的改动超越典型值的 10% 是十分不可能的。事实上，许多低噪声器材的这种改动一般都低于 10%。请参见图 7.1 示例。
宽带电流噪声要比电压噪声更简单受影响（首要是对双极工艺而言）。这是由于电流噪声与基极电流密切相关，而基极电流又取决于晶体管电流增益 (beta)。一般来说，宽带电流噪声频谱密度的改动不到 30%。
图 7.1 根据典型值预算的室温条件下的宽带噪声
经历规律 2：放大器噪声会跟着温度改动而改动。关于许多偏置计划 (bias scheme) 来说（如，与绝对温度成正比的计划，PTAT），噪声以绝对温度的平方根成正比地增大，因而在大范围的工业温度内噪声的改动相对很小（如，在 25℃ 至 125 ℃之间仅产生 15% 的改动）。可是，一些偏置计划（如，Zero-TC）能够产生与绝对温度成正比的噪声。关于这种最坏状况而言，在同一温度范围内噪声改动为 33%，请参见图 7.2 图解。
图 7.2 噪声在最坏状况下和典型状况下的改动与温度的联系
经历规律 3：1/f 噪声（如，闪耀噪声）极易受工艺影响。这是由于晶体结构制作工艺进程中会产生一些瑕疵，1/f 噪声的产生则与这些瑕疵有关。因而，只需半导体工艺得到很好的操控，那么 1/f 噪声就不会呈现较大的漂移。制作或工艺改动都会给 1/f 噪声带来巨大的改动。大多数状况下器材产品阐明书都给出了 1/f 噪声的最大值，却没有提及工艺或终究测验时对器材进行的丈量。假如产品阐明书没有给出 1/f 噪声的最大值，那么，假定在并没有对工艺操控进行优化来削减 1/f 噪声的状况下，三种改动要素可用来预算最坏状况下的噪声，请参见图 7.3。
图 7.3：最坏状况下的 1/f 噪声预算
经历规律 4：电路板和体系级规划人员需求了解的一点是，Iq 和宽带噪声呈负相关。严格来说，噪声与运算放大器输入差动级的偏置相关。可是，由于这类信息还没有正式发布过，所以咱们能够假定 Iq 与差动级偏置成正比。关于低噪声放大器来说，这个假设是建立的。
一般说来，宽带噪声与 Iq 的平方根成反比。可是，关于不同的偏置计划这个反比联系也会产生改动。此条经历规律有助于电路板和体系级规划人员更好地了解 Iq 和噪声之间的折衷办法。例如，规划人员不应该盼望放大器带有极低的静电流，从而产生低噪声。图 7.4 图解阐明晰该联系。
图 7.4：Iq 与宽带噪声的联系
经历规律 5：FET 运算放大器固有电流噪声十分低。这也阐明晰双极与 FET 晶体管以及噪声之间的差异。由于 FET 放大器的输入栅极电流比双极放大器的输入基极电流小得多。相反，在给定一个偏置电流值（如，输入级的集电极电流或漏极电流）的状况下，双极放大器具有更低的电压噪声，请参见图 7.5 的多个示例。
图 7.5 MOS 放大器与双极放大器的电压及电流噪声的比照
双极噪声的具体数学计算办法
图 7.6 表明晰双极晶体管噪声模型的原理。图 7.7（方程式 1、2 和 3）中给出了双极晶体管的根本噪声联系。在该部分中，咱们将使用这些方程式，以得出一些根本联系，而经历规律便是根据这些根本联系得出的。
图 7.6 双极晶体管噪声模型
图 7.7 双极噪声根本联系
使用方程式 1 进行剖析：双极热噪声
方程式 1 阐明晰一个双极晶体管基极中的物理电阻热噪声。在一个集成电路运算放大器中，电阻器一般是由与差动输入级基极串联的 ESD 维护电路供给的，如图 7.8 所示。在一些状况下，这种噪声是首要的噪声源。对大多数%&&&&&%工艺而言，为该电阻设置 ±20% 容差值是合理的。图 7.9 显现，输入电阻呈现 20% 的改动时噪声会相应地产生 10% 的改动。
图 7.8 运算放大器噪声热噪声重量
图 7.9 热噪声容差
