传感器电路的低噪声信号调理（第二部分）

　　随着模数转换器和数模转换器分辨率的提高以及电源电压的降低，最低有效位（LSB）变得更小，这使得信号调理任务变得更加困难。由于信号大小更接近于本底噪声，因此，必须对外部和内部噪声源（包括Johnson、散粒、宽带、闪烁和EMI）进行处理。

　　不相关的噪声源采用和的平方根（RSS）的形式进行叠加：

　　另一方面，其它相关噪声源，如输入偏置电流消除等，必须采用带有相关因子的RSS 形式进行叠加。

　　图1 所示的是典型信号调理电路中的噪声源，以及可用于反相、同相、差分及其它通用配置的通用公式。

　　正确的设计方法

　　从传感器及其特征噪声、阻抗、响应和信号幅度入手，实现最低的折合到输入端（RTI） 噪声将能够优化信噪比（SNR）。

　　与先解决增益和功耗需求、然后再努力应对噪声问题的方法相比，围绕着低噪声来解决问 题将更加有效。这是一个重复的过程，首先考虑放大器的工作区：宽带或1/f。接着，挑 选合适的有源器件，设计最佳的噪声特性。在放大器周围放置无源器件，并限制带宽。然 后分析非噪声需求，如输入阻抗、电源电流和开环增益。如果没有达到噪声指标，则重复 这一过程，直到获得可以接受的解决方案为止。

　　运算放大器的选择

　　在一些情况下，宽带噪声为22 nV/rt-Hz 的运算放大器可能优于宽带噪声为10 nV/rt-Hz 的 器件。如果传感器工作在极低的频率下，那么，具有低1/f 噪声的放大器可能是最好的。 ADI 公司的OP177 等标准放大器的噪声频谱密度类似于图2 左侧的曲线。而自稳零放大器 能连续校准输入端随时间和温度的变化而出现的任意误差。由于1/f 噪声渐进的逼近直 流，放大器也能校准这一误差。图2 中间的图示出，第一代自稳零放大器不表现出1/f 噪 声，因而适用于低频传感器信号调理。图2 右侧的图示出，第二代自稳零放大器具有较低 的宽带噪声（22 nV/rt-Hz），通过PSpice 宏模型能精确的仿真放大器电压噪声，显示出 1/f 噪声已被消除。

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