运算放大器选型

RBW 滤波器中运算放大器的确定：

首先，我们先了解一下什么是压摆率（Slew rate ，SR ）：

定义：闭环放大器输出电压变化的最快速率。用 V/μs 表示。

理解：此值显示运放正常工作时，输出端所能提供的最大变化速率，当输出信号欲实现比这个速率还快的变化时，运放就不能提供了，导致输出波形变形——原本是正弦波就变成了三角波。

这里以正弦波为例进行分析。对一个正弦波来说，其最大变化速率发生在过零点处， 且与输出信号幅度、频率有关。设输出正弦波幅度为m A ，频率为out

f ，

过零点变化速率为V D ，则

=2V m out D A f π

要想输出完美的正弦波，则正弦波过零点变化速率必须小于运放的压摆率。 即

=2V m out SR D A f π〉

这个指标与满功率带宽有关。

接下来，我们先看一下ADA4817的数据手册。

ADA4817带宽达到1GHz ，满足我们的要求，但是压摆率为870V/μs ，因此，我们需要选择一种高带宽且压摆率同样高的产品。 根据AD 选型表，选择带宽和压摆率，得到如下表格：

选择差分放大器AD8003，其参数指标有：

3db带宽为1.65GHz，压摆率达到3.8k V/μs，远远大于ADA4817,偏置电流和噪声都较小，相对稳定，满足要求。

选择AD8000，其参数指标有：

3db带宽为1.58GHz，满足要求，压摆率4.1k V/μs，较大,噪声较小，但偏置电流最大值为45uA，对于微小信号来说，过大的输入偏置电流可能会分掉被测电流使测量失准，但是对于本课题，该滤波器偏置电流可忽略，基本符合要求。

选择AD8045，其参数指标有：

3db带宽为1GHz，压摆率达到1.35k V/μs，偏置电流和噪声都较小，相对稳定，满足要求。

选择AD8009，其参数指标有：

3db带宽为1GHz，压摆率达到5.5k V/μs，相对来说较高，噪声较小，但偏置电流最大值为150uA。基本符合要求。

选择ADA4857-2，其参数指标有：

3db带宽为850MHz，压摆率达到2.8k V/μs，噪声较小，偏置电流为3.3uA。基本符合要求。

关于噪声计算中实际芯片具体噪声的计算遗留的一些问题的解决：

1. 电压密度曲线中白噪声电压密度K 的确定：（如何根据芯片数据手册确定其K ）

第一种：读图法

显然，频率越高， 1/f 噪声影响越小，电压密度中就仅包含白噪声的 K 了。因此方法很简单，找到图中最高频率点，直接读数值即可。

第二种：数据法

多数数据手册会在指标表里以n e 为标示给出。

2. 1/f 噪声在 1Hz 处的噪声电压密度C 的确定：（多数情况下， 需要从噪声

电压密度曲线图中间接获得。） 第一种：曲线涵盖1Hz

如果电压密度曲线中 1Hz 处的值 ()

1U D Hz 可以读到，那么它是 1/f 噪声

和白噪声的合并。

()

1U D Hz =

则可解得：

C 第二种：曲线不涵盖1Hz

某些数据手册，特别是高速运放，其电压密度曲线并未涵盖 1Hz ，也就读不到

()

1U D Hz ，此时，先找到图中最小频率min f ，则有

(

)

min U D f =

=则可解得：

C =

第三种：从转角频率获得

有些数据手册会明确给出噪声转角频率，我们称之为corner f ，定义为此频率

处 1/f 噪声和白噪声的电压密度相等。即

()()_1_U f corner U wh corner D f D f K ==

而根据 1/f 噪声定义

(

)_1U f corner D f =得

=C

3. 噪声计算中频率的起点 a f 和终点 b f ：终点： 等效带宽 b f

通常来说，b f 是远大于a f 的，因此

_U wh D =≈

关于低噪声设计的一些技巧：

噪声问题在两个领域会显得格外重要。

第一是微弱信号提取中。如果电路噪声淹没了有用的微小信号，而信号又没有明显的频率特征或者其他特征，你就再也没有办法把信号恢复出来了。

第二是宽带高频放大中。 由于频带很宽，导致噪声计算时等效带宽很大，设计中稍有不慎，就会导致输出噪声很大。

一些减小噪声的技巧。 1）合理选择低噪声器件； 2） 选择尽量小的电阻；

3） 将整个电路的频带压至最低；--选择芯片的时候要考虑这个因素 4） 选择放大器时，需要注意电压噪声密度、电流噪声密度的合理搭配。有些运放电压噪声密度低、而电流噪声密度大，就不适合外部电阻较大的场合。

5）设计电路时，注意各单元的位置，比如放大器在前、滤波器在后的原则；

6）设计电路时，需要注意器件的布放位置，同样的 3 个级联放大器，噪声越小的越应该至于最前级，而各级的增益也需要仔细分配；

7）仿真软件可以帮助我们进行优化设计；

8）注意屏蔽，它可以有效减小外部干扰对系统的影响；

9）注意电源，再好的设计遇到糟糕的电源都将白费劲，去耦很关键；

10）注意基准，数据采集系统中，噪声很大程度来源于基准；

11）数据采集系统中，特别要注意数字系统和模拟系统的分离，要尽最大努力将数字系统对模拟系统的干扰降至最小。