ZHCADI0 December 2023 REF54

3 适用于基准噪声测量的 0.1Hz 至 10Hz 带通滤波器设计

图 3-1 闪烁噪声测试设置方框图

REF54250 的最小噪声规格为 400nVpk-pk。为了使测量误差小于 1.5%，请按照以下公式计算允许的最大设置噪声：

方程式 1.

S e t u p N o i s e < = 275 \times \sqrt ({1.015}^{2} - 1^{2}) < = {47 n V}_{p k - p k}

第一级高通滤波器的电阻器和第一级前置放大器噪声（称为设置噪声）直接耦合到基准噪声信号。因此，这两个因素是总设置噪声预算中的主要误差源。参考噪声在第一级中被放大 1000 倍，因此后续级设置噪声的影响极小。因此，我们将超过 98% 的预算分配给这一级。高通滤波器设计有一个 50Ω 电阻器，这样可以尽可能降低该电阻器产生的 kT 噪声。

方程式 2.

F l i c k e r n o i s e o f 50 Ω h i g h p a s s r e s i s t o r (n_{50 Ω}) = 18.92 {n V}_{p k - p k}

下一步是设计一个增益为 1000 的低噪声前置放大器，它可以满足第一级运算放大器噪声的目标规格。在 TI 的超低噪声和失调电压运算放大器产品系列中，OPA189 是理想选择。我们需要并联 8 个运算放大器，才能轻松实现 << 56nVpk-pk 的目标规格。

方程式 3.

O p a m p F l i c k e r N o i s e (n_{o p a}) = \frac{100 {n V}_{p k - p k}}{\sqrt{8}} = 35.35 {n V}_{p k - p k}

1000 的增益是通过 10Ω 和 10KΩ 电阻实现的。这在噪声贡献中等于 10Ω。10Ω 电阻器的噪声贡献除以 √8 倍。

方程式 4.

F l i c k e r n o i s e o f 10 Ω g a i n r e s i s t o r (n_{10 Ω}) = 3 {n V}_{p k - p k}

第一级产生的总噪声是公式 1、2 和 3 的 RMS 和。

方程式 5.

N o i s e f l o o r o f f i r s t s t a g e (n_{F i r s t}) = \sqrt ({n_{o p a}}^{2} + {n_{50 Ω}}^{2} + {n_{10 Ω}}^{2}) = 40.3 {n V}_{p k - p k}

在此计算中，运算放大器的电流噪声会被忽略，因为其影响微不足道（电流噪声密度 = 165fA/√Hz）。后级噪声的影响被除以 1000 或更大数字。因此，影响并不显著。该电路在 REF54250CDR 噪声测量中的误差不足 1.5%。

第二级是 0.1Hz 的 Sallen-Key 高通滤波器，增益为 10，阻尼比为 1，在 0.1Hz 高通时提供 60dB 的总滚降。接下来的两级是一个多反馈 10Hz 低通滤波器，其总增益为 10，可在 10Hz 时提供 80dB 的滚降，如图 4-6 所示。噪声获得 10⁵ 次增益，并在 10 秒窗口内以每秒 >> 20 个样本的频率在示波器上捕获，以避免出现混叠。