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(多图) 运算放大器电路的固有噪声分析与测量第四部分:SPIC 噪声分析介绍(第二部分)

作者:Art Kay?? 德州仪器 (TI) 高级应用工程师?? 2007年08月23日 ?? 收藏0
?????? 建立自己的噪声模型

  在第二部分中,我们曾介绍过运算放大器噪声模型,它包括运算放大器、电压噪声源和电流噪声源。我们将用分离噪声源和通用运算放大器来构建这一噪声模型。模拟与 Rf 模型 (Analog & Rf models) 公司的Bill Sands为 TI 开发了分离噪声源。您可从 TI 网站 www.ti.com下载这种噪声源,只需搜索 “TINA-TI 应用原理图” 并查找 “噪声分析”文件夹即可。我们还在附录 4.1 和 4.2 中给出了“ TINA 宏”列表。

  图 4.8 显示了用于创建噪声模型的电路。请注意,这就是我们此前使用的测试电路配置。该电路配置中有一个连接在输入端之间的电流噪声源。严格地说,实际上有两个电流噪声源。不过,我们从产品说明书很难说清楚这些信号源之间的相互关系。而且,在电流反馈放大器中这些信号源的信号幅度不同。我们在以后的文章中将更详细地探讨上述问题。我们将对电路加以定制,以便对 OPA627 的噪声特点进行适当建模。

采用分离噪声源的运算放大器噪声模型

图 4.8:采用分离噪声源的运算放大器噪声模型

  首先,我们应配置噪声电压源。这只需在噪声源上右击并选择 “进入宏 ”即可(见图4.9)。进入“宏”后,弹出文本编辑器,为SPICE宏模型给出了源列表。图 4.10 显示了应加以编辑的 “.PARAM” 信息,以匹配于数据表。请注意,NLF 是l/f 区中某一点的噪声频谱密度(单位为 nV/rt-Hz)。FLW 是选中点的频率。

进入宏以配置噪声电压源

图 4.9:进入宏以配置噪声电压源

输入 1/f 区数据

图 4.10:输入 1/f 区数据

  随后,我们应输入宽带噪声频谱密度,这里要用到 NVR 参数。请注意,由于宽带噪声强度就所有频率而言都是一样的,因此这里不需要输入频率(见图4.11)。输入噪声信息之后,我们必须编辑并关闭 SPICE 文本编辑器。点击“校验框”,注意到状态栏会显示 “编辑成功” 消息。在 “文件” 菜单下选择“关闭”,返回原理图编辑器(见图 4.12)。

输入宽带区数据

图 4.11:输入宽带区数据

  我们对电流噪声源也要采取相同步骤。就此示例来说,电流源没有 1/f 噪声。这时,宽带频谱密度和? 1/f “.PARAM” 均设为2.5fA/rt-Hz。1/f 频率通常设为非常低的频率,如 0.001Hz (见图 4.13)。

编辑 “宏” 并 “关闭”

图 4.12:编辑 “宏” 并 “关闭”

输入电流噪声源数据

图 4.13:输入电流噪声源数据

  现在,我们对两种噪声源都进行了适当配置,接下来就要编辑通用运算放大器模型中的一些 AC 参数了。具体说来,必须输入开环增益和主导极点,因为它们会影响放大器的闭环带宽,反过来闭环带宽又会影响电路的噪声特性。开环增益在数据表中通常采用 dB 为单位。我们可用方程式 4.1 将 dB 转换为线性增益。我们还可用方程式 4.2 来计算 Aol 曲线中的主导极点。例 4.1 就 OPA627 进行了主导极点计算。图 4.14 给出了主导极点的图示。

将 dB 转化为线性增益

方程式4.1:将 dB 转化为线性增益

计算主导极点

方程式4.2:计算主导极点

查找 OPA627 的线性开环增益和主导极点

例 4.1:查找 OPA627 的线性开环增益和主导极点

增益主导极点与频率关系图

图 4.14:增益主导极点与频率关系图

  下面,我们应编辑通用运算放大器模型,其中包括开环增益和主导极点。只需双击运算放大器标志并按下 “类型” 按钮即可,这将启动“目录编辑器”。在“目录编辑器”中,我们要修改“开环增益”以匹配于我们在例 4.1 中计算所得的结果。图 4.15概述了相关步骤。

编辑通用运算放大器

图 4.15:编辑通用运算放大器

  现在,运算放大器的噪声模型已经构建完毕。图 4.16 显示了模型上运行测试的过程及结果。正如我们所期望的那样,新模型与数据表刚好匹配。

“手工构建的”新模型顺利通过模型测试

图 4.16:“手工构建的”新模型顺利通过模型测试


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运算放大器? 固有噪声? 分析与测量?

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