PD放大電路主要的噪聲源是哪些

PD放大電路主要的噪聲源是哪些本文主要是簡單看下PD放大電路主要的噪聲源是哪些，這樣才能夠知道如何對電路噪聲進(jìn)行優(yōu)化。動手整理這篇筆記的緣故是因?yàn)?，最近給我的PD電路選型運(yùn)放，同樣的電路，我對比了三個(gè)不同的運(yùn)放噪聲相差的比較大，最高相差了兩倍。后來發(fā)現(xiàn)是運(yùn)放的電壓噪聲密度不一樣。圖1，PD放大電路的伯德圖從圖1我們可以看到，PD放大電路由于光電二極管的分布電容C1的存在，以及為了保證電路穩(wěn)定性而特別配置的C2，噪聲增益即同相放大增益可以認(rèn)為是(1+C1/C2)，因?yàn)椴聢D的橫軸上每個(gè)頻率點(diǎn)之間為10倍關(guān)系，(1+R2/R1)只在0.1Hz到10Hz時(shí)候是噪聲增益，從100Hz到1MHz范圍內(nèi)的噪聲增益都是(1+C1/C2)，因此，噪聲增益可以粗略認(rèn)為是它。前面是噪聲增益，再看下噪聲帶寬。在PD放大電路中，噪聲帶寬跟信號帶寬不等，這點(diǎn)可以從圖1中直觀看出來。信號帶寬為f1，噪聲帶寬為增益曲線與開環(huán)曲線的交點(diǎn)fcl。fcl要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于f1。這里順便看下PD放大電路的穩(wěn)定性問題，當(dāng)C2=0時(shí)，f1為零點(diǎn)，零點(diǎn)之后增益以20dB/dec速率上升，那么增益曲線與開環(huán)曲線的交點(diǎn)即閉合速率為40dB/dec(-20dB/dec-20dB/dec)，這是電路不穩(wěn)定的表現(xiàn)，所以要C2不能等于零。那么噪聲增益和噪聲帶寬都比較大的時(shí)候，對于PD放大電路的噪聲會有什么影響呢?圖2，實(shí)際PD放大電路的伯德圖圖3，PD放大電路的噪聲分析圖2作為分析電路，圖3為該電路的噪聲分析。從圖3中我們可以看到，PD放大電路最主要的噪聲源有兩個(gè)，第一個(gè)是顯而易見的電阻的熱噪聲，因?yàn)橥ǔD輸入給電路的電流值非常小比如pA級電流，為了增加分辨率和分辨率，會將Rf設(shè)置的非常大(圖2設(shè)置的是1G)。從圖3中可以看出，電阻的電壓噪聲密度為4000nV/sqrt(Hz)，這是非常大的。另外PD內(nèi)部的并聯(lián)電阻也是非常大，這里假設(shè)它一樣是1G。另一個(gè)重要的噪聲源可能不是很直觀了，它是運(yùn)放自身的電壓噪聲貢獻(xiàn)的。運(yùn)放的電壓噪聲源建模在同相輸入端，所以噪聲增益比較大即(1+C1/C2)。但更嚴(yán)重的是，噪聲帶寬非常高，這里達(dá)到了167KHz!而電阻的熱噪聲雖然高，但是它只在信號帶寬內(nèi)產(chǎn)生影響，而信號帶寬只有16Hz。到這里我們就知道如何降低PD放大電路噪聲的方法了，可以從第二個(gè)重要的噪聲源著手，或者說只能從它著手。因?yàn)殡娮璧臒嵩肼暬臼菦]辦法降低的(增益固定的前提下，如1G將1pA放大到mV，如果用100M*10實(shí)現(xiàn)同樣增益，那么熱噪聲就會比1G時(shí)大約三倍，因?yàn)闊嵩肼暩柚党矢栮P(guān)系)，提高信噪比只能通過第一級放大電路實(shí)現(xiàn)。那如何降低運(yùn)放的電壓噪聲源對于PD放大電路的噪聲如何嚴(yán)重的影響呢?兩個(gè)辦法，第一是選型電壓噪聲源比較小的運(yùn)放，第二是限制噪聲帶寬。降低噪聲增益通常不是一個(gè)好辦法，噪聲增益公式為1+C