低噪声前置放大器设计方法

b、在T12的发射极串联电阻R2，可有效地减小偏置电流源T12的输出噪声电流； c、减小输人级器件发射极串联电阻Re，兼顾噪声性能和稳定性，Re设计为10Ω。

d、第一级采用双端输出形式，这样偏置电流源的噪声相当于共模信号，其影响完全可以忽略；

e、采用电阻负载，避免噪声性能差的p—n—p管作有源负载。

2、中间级和输出级电路的设计

中间级电路由T3—T0组成。因为中间级对总噪声的影响小，该级电路设计主要考虑提高增益、频带和电压转换速率。为保证这一点，电路中采用密勒电容补偿。按频率为2MHz时输出最大电压幅度为7V计算，转换速率应大于88v/μs那.该电路转换速率的设计值为133V/μs。

输出级由互补的T10和T11组成，其中T11为纵向p— n—p管，T7射极跟随器是为增大负载能力而增加的。

3、偏置电路的设计

T12和R2与主偏网络T13和R3组成电阻比例恒流源，如附图所示的这种连接方式使电路具有共模负反馈作用，例如，输入共模信号增加时，T1和T2的集电极电位下降，T18基极电位也下降，导致T12的电流减小，从而又使得T1和T2的集电极电位上升。这一负反馈作用使电路的共模抑制比和温度稳定性提高。

四、低噪声前置放大器的电路设计考虑

这种电路主要应考虑几点要求：

(1)第一级要求功率增益大，以减少后级引人噪声。一般采用共射电路，但为了提高电路工作的稳定性、加强频带可采用共射—共基形式或共射—共集形式。

(2)前置放大级不应有负反馈，因为反馈会使增益下降，从而使后级噪声加大。

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此外，反馈电阻又会引入附加噪声。为低噪声前置放大器考虑到频带问题而引入适当负反馈，也不可过强。

(3)低噪声前置放大级的偏置电阻也会引入附加噪声电流。

五、低噪声前置放大器应具有防止外部干扰措施

传感器与低噪声前置放大器相连接，除了考虑最佳的噪声匹配以减少测量系统噪声外，但很多情况下杂波不完全来自内部噪声，还有外部干扰。

例如：电台干扰是调幅波、电火花是脉冲波，电源干扰是50Hz低频波等。对于这些干扰应采取相应措一施。

譬如：电源干扰应采取进线滤波作用，或电源电压加之屏蔽；来自电磁场干扰(高频干扰)采用屏蔽盒抑制；信号之间寄生藕合抑制可采用滤波或供电分开；传感器和测量系统间相连接往往产生电场干扰，可采用单层或双层屏蔽传输线进行抑制等。

六、合理布局布线

对基于低噪声运放的传感器前置放大器而言，元器件的布局布线也是影响其性能的重要因素，对元器件的布局布线有一些与普通电路不同的特殊要求。这些特殊要求都是基于这类放大器自身特点和应用特点提出来的。

在布局布线时，有几个问题需要特别注意:传感器信号传输电缆的正确接地；放大器输入信号回路的正确接地;去耦电容的合理选用；漏电流的减小或消除。

目前一些超低噪声高精度运放的输入失调电流已由纳安(nA)降至皮安(pA)，使得电路板表面漏电流成为不可忽视的问题。假若设电路板上运放的电源线与运放的输入引脚之间的电路板的绝缘电阻为R1。对于FR-4电路板来说，R1最大约为1011Ω若运放的电源为15 V，则流入运放输入端的漏电流为150 pA。这一电流可能大于运放的输入失调电流，而且这一电流还会随绝缘条件的变化(如温度变化)而变化。解决这一问题的方法是增强绝缘，必要时还可使用保护环或保护电极。

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七、 结论

基于低噪声运放的传感器前置放大器设计复杂,涉及很多理论与技术问题，且有些重要问题的解决方法相互矛盾,需要权衡后作出折衷。实践证明，只要合理选择元器件、合理设计电路及合理布局布线,基于低噪声运放的传感器前置放大器，在很多情况下可以满足应用需要。随着相关技术的不断发展，基于低噪声运放的传感器前置放大器必将逐步取代分立元件的传感器前置放大器。若需要这类前置放大器的增益可变,可将前面讨论的设计方法与可变增益放大器的设计方法结合起来。

通过输入级最佳工作电流的设计、合理的电路设计和版图设计，并采取其它降低噪声的措施，利用p—n结隔离集成电路工艺研制的低噪声放大器，还具有频带宽和转换速率大等特点。这对提高传感器的灵敏度和测量范围有重要意义。以上是我对低噪声前置放大器设计方法提出的方案，也许还有许多不足，以后会加强改进的。

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