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ADI高压放大器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。开关电源
开关电源是一个很严重的噪声源,下图是典型的开关电源输出端的电压波形:
图4. 开关电源输出端电压波形
可以看出,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一直延续到几十MHz,而普通的运放在几百Hz以上时PSRR开始急剧下降,到几百KHz时几乎为零,此时,出现在输出端的电源噪声将很严重。影响途径和对策:
除了注意对运放PSRR或CMRR参数的选择和加强运放供电去耦(如采用RC去耦)外,在开关电源供电设计中,还应注意如下一些方面:
电源中的噪声可能通过基准源或PCB的漏电直接耦合到放大器的输入端。要注意对电压基准源输出的滤波,对于PCB漏电,可在信号输入引线与电源走线间加地线防护;噪声可能通过PCB走线之间的分布电容直接耦合到放大器输入端,造成干扰。