运算放大器内部噪声分析与经验法则

运算放大器的内部噪声分析 在运算放大器的设计中，噪声是一个非常重要的考虑因素。噪声可以来自多方面，包括热噪声、散粒噪声、 shot噪声等。为了设计一个低噪声的运算放大器，需要对这些噪声进行分析和估算。本文将讨论一些有助于我们对最坏情况下的噪声和与温度相关的噪声进行估算的经验法则。 一、双极集电极散粒噪声 双极集电极散粒噪声是运算放大器中的一个主要噪声来源。为了分析这种噪声，我们可以使用方程式2，它给出了一个双极晶体管集电极散粒噪声的关系。通过将其转换成一个电压噪声Vcn，我们可以更好地理解这种关系。 二、PTAT偏置的集电极噪声电压 在PTAT偏置方案中，集电极电流可以被视为一个常量与绝对温度的乘积。图7.11显示了简化的Vcn方程式，该方程式基于一个PTAT偏置方案。其主要的计算结果是，噪声与温度的平方根成正比，而与Ic的平方根成反比。这样的计算结果说明了低噪声放大器总是具有强静态电流的原因。 三、Zero-TC偏置的集电极噪声电压 在Zero-TC偏置结构中，运算放大器输入级同样会被偏置。图7.12显示了基于Zero-TC偏置结构的简化的Vcn方程式。其主要的计算结果是，噪声与温度的平方根成正比，而与Ic的平方根成反比。由于受温度变化的影响很大，所以Zero-TC配置与PTAT方法相比有不足的方面。 四、噪声的改变量 当Ic变动时，可以利用图7.11和图7.12的计算结果来确定噪声的改变量。在两种情况下，噪声均与Ic的平方根成反比。在一款集成电路运算放大器设计中，噪声通常主要来自差动输入级。 五、经验法则 通过对双极集电极散粒噪声的分析，我们可以得出一些有助于我们对最坏情况下的噪声和与温度相关的噪声进行估算的经验法则。这些经验法则可以帮助那些电路板和系统级设计人员获得折衷设计的方法，而这些方法正是集成电路设计人员在低噪设计中所采用的。 对运算放大器的内部噪声进行分析和估算是非常重要的。通过对双极集电极散粒噪声的分析和一些经验法则，我们可以更好地设计低噪声的运算放大器。