运放电路中的电源噪声如何降低?

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噪声可以是随机信号或重复信号,内部或外部产生,电压或电流形式,窄带或宽带,高频或低频。噪声通常包括器件的固有噪声和外部噪声,固有噪声包括:热噪声、散弹噪声和低频噪声(1/f噪声)等,在这里我们不予讨论。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。

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纹波是主要的电源噪声,对于运放电路,100Hz噪声电平通常要求控制在10nV-100nV(RTI)内,这取决于三个因素:运放在100Hz时的电源抑制比(PSRR),稳压器的纹波抑制比及稳压器的输入滤波电容的大小。图1是OP77的PSRR-频率曲线,可以看出,OP77在100Hz时PSRR大约是76dB,要获得不大于100nV(RTI)的性能,供电电源的纹波必须小于0.6mV。常用的三端稳压一般能提供大约60dB的纹波抑制能力,在这种情况下,稳压器的输入滤波电容必须足够大,以将输入端的纹波限制在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幅度为150uV,频率范围为100Hz-100KHz的噪声,开关型电源更严重,运放的PSRR在高频时以 20dB/Decade的速度降低,通过在电源脚加RC或LC去耦网络,能滤除大部分噪声,电路形式如图3。在使用RC去耦时,应该注意负载电流的变化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

任何电源电压的变化都会引起运放输入偏置电流的变化,图1中OP77的PSRR在DC时是126dB(0.5uV/V),电源电压的变化是一个潜在的低频噪声源。在低噪声运放的应用中,降低电源的纹波和提高电源的调整率都很重要,电源调整率不足通常会引起讨厌的低频噪声。

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