7 测量低电流噪声水平

在运算放大器的同相输入端放置一个电阻会将电流噪声转换为电压噪声。此外，当增大该电阻以使 $R_s>4kT/{(i_n）}^2$ 电流噪声将是主要噪声源。不过，如前所述，当 _Rs 增大到非常大时，放大器的噪声带宽和信号带宽会受到限制，因此由 f 平方噪声增加的电流噪声可能不会显著。但是，可以通过数学方法校正带宽限制，并减去源电阻产生的热噪声，以显示随频率变化的电流噪声。以下过程可用于测量低电流噪声水平并校正寄生阻抗。表 7-1 定义了测试过程中使用的变量。

1. 根据器件的偏置电流选择一个电阻器。通过将偏置电流乘以源阻抗，可设置放大器输入端的直流电压。在本例中，我们将选择 10GΩ。这会将 OPA350 的输出失调电压设置为 100mV 最坏情况 (IB×Rs = 10pA×10GΩ = 100mV)。该器件的低频电流噪声为 0.5fA/√Hz，因此源电阻器会保持电流噪声占主导地位 ( $R_s>4kT/{(i_n）}^2=6.59G\Omega$ )。
2. 校准测量系统的本底噪声（例如，频谱分析仪）。这是通过在未安装放大器的情况下测量噪声来实现的。可以从噪声测量结果中减去该读数，以校正本底噪声。
3. 安装放大器并测量输出噪声。
4. 以下步骤对热噪声、器件寄生阻抗和寄生电容进行数学校正。
5. 确定缓冲器的闭环增益： $G_{cl}=1/[{\left(f/GBW\right)}^2+1]$
6. 将输出噪声除以闭环增益： $e_{nRTI}=e_{nOUT}/G_{cl}$
7. 确定共模阻抗和频率范围内的寄生电容： $X_{ccm}=1/(2\pi {(C}_{cm}+C_{par}）f)$
8. 查找源电阻器噪声： $e_{nr}=\sqrt{4kT{R}_s}$
9. 查找放大器输入端的源电阻器噪声： $e_{nrRTI}=e_{nr}\left(X_{ccm}/\sqrt{{X_{ccm}}^2+{R_s}^2}\right)$
10. 仅根据电流噪声源计算放大器输入端的电压噪声。为此，从测得的噪声 RTI 中减去放大器电压噪声和源电阻器热噪声： $e_{n\_current}=\sqrt{{\left(v_{nRTI}\right)}^2-{\left(e_{nrRTI}\right)}^2-{\left(e_{nAmp}\right)}^2}$ .对于 OPA320，放大器噪声为 5nV/√Hz，因此计算公式为： $e_{n\_current}=\sqrt{{\left(step6 \right)}^2-{\left(step9\right)}^2-{\left(5nV/\sqrt{Hz}\right)}^2}$ 。图 7-1 显示了每个阶跃随频率变化的结果。
11. 计算从同相输入到接地端检测到的阻抗。这是第 10 步中的电压噪声所遇到的阻抗。这是源电阻和输入电容电抗的并联组合。 $Z_{input}=R_s{X}_{ccm}/\sqrt{{X_{ccm}}^2+{R_s}^2}$
12. 计算输入电流噪声： $i_n=e_{n\_current}/Z_{input}$

图 7-1 电流噪声计算中使用的电压噪声分量

图 7-2 基于测的放大器输出噪声的最终电流噪声