本应用手册探讨了电流噪声对总系统噪声有何影响,以及在哪些情况下会成为问题,重点介绍电流噪声小于 10fA/√Hz 的低电流电路。本应用手册使用仿真和基本计算来解释电流噪声、源阻抗和寄生电容对电流噪声的影响。此外,还简要说明了噪声的器件级来源。最后,介绍了测量此噪声的方法以及针对电流噪声的实用板级预防措施。
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所有运算放大器的输入都有电流噪声源,如图 1-1 所示。当流过源阻抗时,电流噪声将转化为电压噪声 ( )。源阻抗本身将产生与源阻抗成正比的热噪声电压。该热噪声由 Johnson 方程给出 。当电流噪声转化为比源阻抗热噪声更大的电压噪声时,电流噪声则成为一个问题 ( )。
电流噪声和电压噪声的关系取决于源电阻,因此可以绘制电流噪声、热噪声和总噪声与源电阻的关系图。请注意,热噪声随电阻的平方根成正比增加,而当电流噪声转换为电压时,热噪声与源电阻成正比。因此,随着电阻的增加,电流噪声的增加速度将快于电压噪声。图 1-2 显示了 10fA/√Hz 电流噪声源的电流噪声、电压噪声和总噪声与源阻抗间的关系。请注意,对于低电阻值,热噪声占主导地位,而在电阻值较高时,电流噪声占主导地位。对于任何电流噪声水平,它们都在高于某个电阻值时占主导地位,因为电流噪声的斜率大于电压噪声的斜率。
表 1-1 显示了不同电流噪声源的热噪声和电流噪声相等时的电阻。在此表中,如果源电阻小于指定电阻,则电流噪声对总噪声的影响可以忽略不计。一般来说,如果 则电流噪声将占主导地位。
电流噪声 | 源电阻 | 总噪声密度 |
---|---|---|
0.1fA/√Hz | 1.65TΩ | 233uV/√Hz |
1fA/√Hz | 16.5GΩ | 23.3uV/√Hz |
10fA/√Hz | 165MΩ | 2.33uV/√Hz |
100fA/√Hz | 1.65MΩ | 232nV/√Hz |
1pA/√Hz | 16.5kΩ | 23.2nV/√Hz |
10pA/√Hz |
160Ω |
2.33nV/√Hz |