信號增益和噪聲增益對于放大器電路設(shè)計都很重要。信號增益顯然很重要，因為我們希望準(zhǔn)確控制信號幅度。噪聲增益也很重要，盡管它不會直接影響信號幅度，因為它會影響放大器穩(wěn)定性和環(huán)路增益，而這兩者都會對信號質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此，能夠計算特定電路的噪聲增益和信號增益非常重要。獲得這些數(shù)字后，我們可以使用數(shù)據(jù)表指南來優(yōu)化我們的電路。
讓我們快速回顧一下全差分放大器的信號增益，兩個輸入都是反相輸入；沒有同相輸入，因此我們的信號增益為，當(dāng)我們構(gòu)建電路板時，我們將 RF 物理焊接到電路板上，因此我們知道 RF 的值 - 或者我們知道嗎？根據(jù)特定的放大器和電路板設(shè)計，我們可能需要考慮額外的電阻。TI 的LMH5401全差分放大器具有額外的 25 Ω在放大器輸出和放大器封裝上的反饋連接引腳之間的芯片上。由于該放大器只有 3mm x 3mm，而且反饋連接引腳與放大器輸入引腳直接相鄰，因此不可能有任何可測量的電路板電阻。但是，我們應(yīng)該考慮任何長度超過 1cm 的電路板走線可能是額外電阻的來源。因此，如果我們使用的是LMH5401，則需要在片上電阻中添加板載反饋電阻。
圖 1：信號增益為 1，噪聲增益為 2 的電路
如圖 1 所示，信號增益等于 但是當(dāng)我運行 TINA-TI TM仿真時，我沒有得到預(yù)期的 0dB 增益。LMH5401有兩個 10 Ω電阻，每個輸出引腳上各一個。將這些電阻器添加到等式中可以為我們提供 或 -1.6 dB，與 TINA-TI 仿真匹配。
TINA-TI 仿真還顯示了其他一些情況：頻率響應(yīng)上的增益達到峰值，表明可能存在不穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)表指出，“對于LMH5401，NG > 3 可創(chuàng)建一個穩(wěn)定的電路，與信號增益的設(shè)置方式無關(guān)?！?圖1中電路的噪聲增益是多少？在圖 1 所示的電路中，噪聲增益： 因此，根據(jù)數(shù)據(jù)表，該電路不穩(wěn)定。請注意，輸出電阻器上的電阻損耗不包括在噪聲增益中，即使它們確實會導(dǎo)致信號路徑中的損耗。
圖 2：圖 1 所示電路的頻率響應(yīng)
出于好奇，讓我們運行一個 TINA-TI 仿真，看看噪聲是什么樣的。
圖 3：圖 1 所示電路的噪聲響應(yīng)
請注意圖 3 中的噪聲幅度峰值。這種不穩(wěn)定性也出現(xiàn)在噪聲響應(yīng)中。數(shù)據(jù)表指出LMH5401 的輸入電壓噪聲為1.25nV /rtHz。如果噪聲增益確實為 2，我們會看到放大器輸出噪聲約為 2.5nV/rtHz。結(jié)果非常接近。仿真中的額外噪聲是由于電流噪聲以及電路中的電阻器造成的。所以噪聲增益確實是2。
我還應(yīng)該指出，額外的高頻噪聲（以 4GHz 為中心）不是由于噪聲增益，而是由于相位裕度的損失。隨著相位裕度減小，反饋電路開始顯著增加增益，因為反饋從負(fù)反饋轉(zhuǎn)變?yōu)檎答仭?
數(shù)據(jù)表為我們提供了增加噪聲增益（而不是信號增益）以使放大器穩(wěn)定的選項。圖 4 顯示了實現(xiàn)此目的的一種簡單方法。
圖 4：信號增益為 1，噪聲增益為 6 的電路
在圖1 中，噪聲增益為 雖然圖 4 僅多了一個組件，但如果我們將 R6 想象為兩個各為 50 Ω的電阻器，連接到 0V 的理想（無噪聲）電壓源，則更容易計算噪聲增益。在這種情況下，R6 的一半與 RG 并聯(lián)，因此噪聲增益現(xiàn)在為 5 的噪聲增益有效，但數(shù)據(jù)表指定噪聲增益為 3 作為最低要求。為了減少輸出噪聲量，讓我們使用數(shù)據(jù)表中的最小噪聲增益 3。這需要 R6 值為
圖 5：圖 4 所示電路的噪聲響應(yīng)，噪聲增益為 6
圖 6：噪聲增益為 3 的電路的噪聲響應(yīng)
圖 5 中的曲線顯示噪聲增益確實增加了（等于 6V/V），并且噪聲響應(yīng)沒有峰值。圖 6 顯示該放大器在 3V/V 的噪聲增益下也很穩(wěn)定，并且噪聲水平低于圖 5 所示的水平，但在非常高的頻率下除外。
我希望我已經(jīng)展示了如何獨立操縱信號增益和噪聲增益以優(yōu)化電路性能。我們可以在哪些應(yīng)用中應(yīng)用這些方法？
下載文檔
