3 全差分放大电路噪声评估
全差分放大电路的噪声分析相比增益配置更为复杂。如图3．40为ADA4945-1的差分电路噪声模型,包括折算到输入端的电压噪声VnIN,电流噪声inIN-和inIN+(假定相等),通过增益电阻和反馈电阻的并联组合产生噪声电压。VnCM是VOCM引脚的噪声电压密度。每个电阻产生的噪声。
图3．40 ADA4945电路噪声模型
全差分放大器的输入端所用噪声种类,折算到输出端噪声的关系,如图3．41。
其中,噪声增益Gn为式3-15。
反馈因子β1为式3-16,β2为式3-17。
当RF1与RF2,RG1 与RG2完全匹配,β1与β2相同,设为β,代入式3-15整理得到式3-18。
此时VOCM输出噪声变为零。总输出噪声VnOD是各输出噪声项的均方根之和,如式3-19。
图3．41ADA4945电路噪声电压密度
然而,全差分放大电路的噪声分析并非独立参数计算,它会涉及增益的调整,增益电阻、反馈电阻的调整,这些调整还会影响电路功耗,计算过程需要大量迭代,由此产生的计算工作量是惊人的。如图3．42所示配置相比图3．37的配置,噪声RMS值下降34．9uV,但功耗却增加27mW。
图3．42 ADA4945电路配置Rg为200增益为1的噪声计算结果
综上,在全差分放大器的设计与评估中,建议大家有辅助工具的优先使用辅助工具进行评估。笔者在这里曾走过弯路,2011年从事研发时,在一个高速采集板卡中使用ADA4932设计三级放大电路,包括单端转差分增益5倍,全差分增益2倍,全差分增益1倍。尤其是单端转差分5倍增益的电路输入端配置设计,通过几天计算出多组数据准备评估,洋洋得意的坐在试验台前准备验证的时候,突然察觉在迭代过程中忽略选取标准电阻的阻值,这些计算的结果只能通过电阻拼接实现,一股热血瞬间涌向天门穴,内心千万头神兽奔腾而过,深切领悟人和动物的本质区别是要制造和使用工具啊!所以,再次建议使用ADI DiffAmpCalc™工具。
