7.4.2 噪声性能

LMV84x-Q1 器件具有良好的噪声规格，经常用于低噪声 应用。因此，确定总电路的噪声非常重要。除了运算放大器的输入参考噪声之外，反馈电阻器也可能对总噪声有重要贡献。

对于具有电压输出配置的 应用 而言，一般情况下保持电阻值较低是有益的。在这些配置中，高电阻值意味着高噪声水平。但是，使用低电阻值会增加应用程序的功耗。这种情况对于便携式 应用来说不一定能接受，所以在噪声水平和功耗之间有一个折衷。

除了信号源的噪声贡献之外，在计算运算放大器电路的噪声性能时还需要考虑三种噪声：

• 运算放大器的输入参考电压噪声
• 运算放大器的输入参考电流噪声
• 反馈网络中的电阻器的噪声源（配置运算放大器）

为了计算运算放大器输出端的噪声电压，第一步要确定总的等效噪声源。这就要求将所有噪声源转换到同一参考节点。这个节点的一个方便选择便是运算放大器电路的输入端。下一步是将所有噪声源加起来。最后一步是将总等效输入电压噪声与运算放大器配置的增益相乘。

如果运算放大器的输入参考电压噪声已置于输入端，则用户可以使用输入参考电压噪声而无需进一步传输。输入参考电流噪声需要转换为输入参考电压噪声。只要等效电阻不是大得不切实际，电流噪声就会很小，几乎可以忽略不计，所以用户可以忽略这些示例中的电流噪声。这样一来，用户只需考虑电阻器的噪声源，即热噪声电压。在以下示例中可以看到电阻器对总噪声的影响，其中一个示例具有较高的电阻值，另一个具有较低的电阻值。两个示例都描述了一个运算放大器配置，其增益为 101，为电路提供 44.5kHz 的带宽。两种情况下的运算放大器噪声是相同的，即输入参考噪声电压为 20nV/，而输入噪声电流很小，可忽略不计。

Figure 36. 噪声电路

为了计算反馈网络中的电阻器的噪声，需要等效的输入参考噪声电阻。例如在Figure 36 中，此等效电阻 R_eq 可由Equation 1 算出：

Equation 1.

此等效电阻的电压噪声可由Equation 2 算出：

Equation 2.

where

•  e_nr = 等效电阻器的热噪声电压
•   R_eq (V/)
•  k = 玻尔兹曼常数 (1.38 x 10^–23 J/K)
•  T = 绝对温度 (K)
•  R_eq = 电阻 (Ω)

总等效输入电压噪声由Equation 3 算出：

Equation 3.

where

• e_{n in} = 电路的总输入等效电压噪声
• e_nv = 运算放大器的输入电压噪声

最后一步是采用Equation 4 将总输入电压噪声与噪声增益（此情况下就是运算放大器配置的增益）相乘：

Equation 4.

第一个示例中，电阻器 R_F 为 10MΩ、电阻器 R_G 为 100kΩ 且温度为 25°C (298 K) 时，等效电阻等于Equation 5 算出的值：

Equation 5.

现在，这些电阻器的噪声可由Equation 6 计算得到：

Equation 6.

运算放大器输入端的总噪声在Equation 7 中算出：

Equation 7.

对于第一个示例，在Equation 8 中这个输入噪声乘以噪声增益得出总输出噪声为：

Equation 8.

对于第二个示例，当电阻器 R_F 为 10kΩ、电阻器 R_G 为 100Ω 且温度为 25°C (298 K) 时，等效电阻等于Equation 9 算出的值：

Equation 9.

第二个示例的电阻器噪声在Equation 10 中算出：

Equation 10.

运算放大器输入端的总噪声在Equation 10 中算出：

Equation 11.

对于第二个示例，在Equation 12 中这个输入噪声乘以噪声增益得出总输出噪声为：

Equation 12.

在第一个示例中，由于电阻值非常高，因此噪声主要由电阻器噪声决定；在第二个示例中，非常低的电阻值只会给噪声带来微不足道的影响，现在主要的影响因素是运算放大器本身。选择电阻值时，选择不会给应用增加额外噪声的电阻值非常重要。选择 100kΩ 以上的值可能会增加噪声太多。低值使噪声保持在可接受的水平内；然而，选择非常低的值时，并不会使噪声更低，但会增大电路的电流。