8.6 TI 高精度实验室 - 噪声 6

大家好

欢迎来到 TI Precision Labs

德州仪器高精度实验室

本次课程是讨论运算放大器的

固有噪声的第六部分

在之前的课程中我们讲解了

使用 SPICE 来进行噪声分析的基本知识

在视频中我们提到

确保噪声模型是否准确是很重要的

并且还建议要在网表文件中

检查噪声分析是否被包括在模型中

在本次的课程中

我们将会介绍一种用于验证噪声模型

是否准确的更全面的方法

此外我们也会介绍

如果没有一个准确的模型

我们该如何创建自己的模型

这个是用于确认放大器的噪声模型的

标准测试电路

放大器配置为一个电压跟随器

输入电压噪声经过缓冲电路输出

以便可以用输出探头为 Vn 来测量

电流表与同相输入端串联

以测量放大器的电流噪声

以测量放大器的电流噪声

要开始噪声分析

在菜单栏单击分析

然后单击噪声分析

选择噪声分析

并输入与放大器数据手册中的范围

相匹配的开始和结束的频率

注意要勾选输出噪声

以生成噪声频谱密度曲线

这张图片显示了噪声仿真的结果

确保您从多个点来比较数据表的电压

和电流噪声曲线与仿真的结果

一般来说

新的德州仪器放大器模型

能精确地建模噪音

因此仿真结果应该匹配数据表的曲线

然而一些老款或者停产的设备

可能没有正确的噪声模型

如果没有噪声模型或者模型不存在

我们该怎么办呢

答案是我们可以建立自己的模型

本次课程的其余部分

将一步步地介绍创建噪声模型的过程

这张图片以

没有准确的噪声模型的 OPA627 为例

幸运的是这个模型已经被更新

现在在 TI 官网上的最新版本

已经可以正确的模拟其噪声的性能

不过旧版本还是被放在这里

作为介绍噪声模型不正确的一个例子

在这个例子中

如果您对比仿真的电压噪声频谱密度

与数据手册的图

您会发现 1/f 噪声并没有被建模

此外仿真的电流噪声应该是 1.6fA/√Hz

这也是错误的

如果我们没有一个很好的

噪声模型的情况下

我们该怎么办呢

德州仪器提供了 TINA SPICE 模型

您可以自定义模型

从而获得准确的噪声性能

这个模型包括一个噪声电压源

一个噪声电流源

以及一个通用的运算放大器

1/f 和宽带噪声的型号

可以根据数据手册的数据来进行调整

此外运算放大器的开环增益和带宽

也可以调整

在这个图片中内嵌的这个

TINA SPICE 电路就包含了噪声源

和通用的运算放大器

现在让我们来看看

如何编辑噪声源

和运算放大器来匹配数据手册

首先让我们编辑电压噪声源

右键点击它

然后选择输入宏

这将打开一个网表查看器

右侧的屏幕截图是噪声电压源的网表

首先让我们输入 1/f 噪声

1/f 噪声是由两个值来控制的

噪声谱密度 单位为 nV/√Hz

以及对应的测量频率

在这个例子中

噪声是 50nV/√Hz

所以参数 NLF 输入50

这个噪声值的测量频率为 1Hz

所以频率 FLW 设置为 1

当选择 1/f 噪声电压的时候

确保该点选定在曲线的最低频率上

这将确保在噪声模型中的

1/f 分量是主要的

宽带噪声不会影响这个值太多

这将为您的仿真给出最准确的结果

宽带区域只需要在模型中输入一个参数

电压噪声频谱密度

单位为 nV/√Hz

对应在宽带区域下的参数

NVR 处输入

在本实例中

宽带噪声是 5nV/√Hz

所以 NVR 设置为 5

注意频率并不需要输入

因为宽带噪声密度

随着频率的变化保持不变

设置电压噪声源的最后一步

是点击编译复选框

如果更新的网表没有错误

您就会在窗口的底部看到消息

成功编译

一旦宏被编译点击文件

然后关闭网表浏览器

然后关闭网表浏览器

返回原理图编辑器

按照相同的过程设置电流噪声源

在这个例子中

电流噪声源没有 1/f 区

因此设置 1/f 噪声与宽带噪声值一样

但输入的 1/f 的频率

是非常低的频率值如 0.001

最后一个要求是修改一些通用的

运算放大器模型的参数

首先找到开环增益或 AOL

按数据手册值中的分配值

给出等效的十进制值

在本例中 120dB 转换为 1E6

接下来找到运算放大器的

增益带宽参数或 GBW

用 GBW 除以 AOL 来计算主极点

在这个例子中

GBW 为 16MHz

除以十的六次方得到 16Hz 的主极点

这个结果将被直接输入到模型中

双击运算放大器原理图的符号

打开属性窗口

单击 Type 字段中的按钮

进入运算放大器的规格表

在这里输入开环增益和主极点

此时运算放大器和噪声源

包含了噪声仿真所有需要的信息

让我们最后做一个仿真

确认我们没有犯任何错误

使用在这个视频开始的时候

引入的噪声测试电路重新运行噪声仿真

经过我们的调整

现在的模型完全匹配数据表上的曲线

这款运算放大器

现在可以用在任何应用电路上仿真噪声

当您按照这样的方法

建立一些噪声模型后

您会发现它是一个比较简单的过程

在某些情况下

即使准确的模型已经存在

您仍然可以选择创立自己的噪声模型

其原因是自定义的噪声模型

可以灵活地调整或者消除噪声源

这使您能够尝试并确定电路的

噪声的主要来源

以上就是本次课程的内容

谢谢您的观看

请准备好下面的一个小测试

看看您是否已经掌握了本次的内容

大家好

欢迎来到 TI Precision Labs

德州仪器高精度实验室

本次课程是讨论运算放大器的

固有噪声的第六部分

在之前的课程中我们讲解了

使用 SPICE 来进行噪声分析的基本知识

在视频中我们提到

确保噪声模型是否准确是很重要的

并且还建议要在网表文件中

检查噪声分析是否被包括在模型中

在本次的课程中

我们将会介绍一种用于验证噪声模型

是否准确的更全面的方法

此外我们也会介绍

如果没有一个准确的模型

我们该如何创建自己的模型

这个是用于确认放大器的噪声模型的

标准测试电路

放大器配置为一个电压跟随器

输入电压噪声经过缓冲电路输出

以便可以用输出探头为 Vn 来测量

电流表与同相输入端串联

以测量放大器的电流噪声

以测量放大器的电流噪声

要开始噪声分析

在菜单栏单击分析

然后单击噪声分析

选择噪声分析

并输入与放大器数据手册中的范围

相匹配的开始和结束的频率

注意要勾选输出噪声

以生成噪声频谱密度曲线

这张图片显示了噪声仿真的结果

确保您从多个点来比较数据表的电压

和电流噪声曲线与仿真的结果

一般来说

新的德州仪器放大器模型

能精确地建模噪音

因此仿真结果应该匹配数据表的曲线

然而一些老款或者停产的设备

可能没有正确的噪声模型

如果没有噪声模型或者模型不存在

我们该怎么办呢

答案是我们可以建立自己的模型

本次课程的其余部分

将一步步地介绍创建噪声模型的过程

这张图片以

没有准确的噪声模型的 OPA627 为例

幸运的是这个模型已经被更新

现在在 TI 官网上的最新版本

已经可以正确的模拟其噪声的性能

不过旧版本还是被放在这里

作为介绍噪声模型不正确的一个例子

在这个例子中

如果您对比仿真的电压噪声频谱密度

与数据手册的图

您会发现 1/f 噪声并没有被建模

此外仿真的电流噪声应该是 1.6fA/√Hz

这也是错误的

如果我们没有一个很好的

噪声模型的情况下

我们该怎么办呢

德州仪器提供了 TINA SPICE 模型

您可以自定义模型

从而获得准确的噪声性能

这个模型包括一个噪声电压源

一个噪声电流源

以及一个通用的运算放大器

1/f 和宽带噪声的型号

可以根据数据手册的数据来进行调整

此外运算放大器的开环增益和带宽

也可以调整

在这个图片中内嵌的这个

TINA SPICE 电路就包含了噪声源

和通用的运算放大器

现在让我们来看看

如何编辑噪声源

和运算放大器来匹配数据手册

首先让我们编辑电压噪声源

右键点击它

然后选择输入宏

这将打开一个网表查看器

右侧的屏幕截图是噪声电压源的网表

首先让我们输入 1/f 噪声

1/f 噪声是由两个值来控制的

噪声谱密度 单位为 nV/√Hz

以及对应的测量频率

在这个例子中

噪声是 50nV/√Hz

所以参数 NLF 输入50

这个噪声值的测量频率为 1Hz

所以频率 FLW 设置为 1

当选择 1/f 噪声电压的时候

确保该点选定在曲线的最低频率上

这将确保在噪声模型中的

1/f 分量是主要的

宽带噪声不会影响这个值太多

这将为您的仿真给出最准确的结果

宽带区域只需要在模型中输入一个参数

电压噪声频谱密度

单位为 nV/√Hz

对应在宽带区域下的参数

NVR 处输入

在本实例中

宽带噪声是 5nV/√Hz

所以 NVR 设置为 5

注意频率并不需要输入

因为宽带噪声密度

随着频率的变化保持不变

设置电压噪声源的最后一步

是点击编译复选框

如果更新的网表没有错误

您就会在窗口的底部看到消息

成功编译

一旦宏被编译点击文件

然后关闭网表浏览器

然后关闭网表浏览器

返回原理图编辑器

按照相同的过程设置电流噪声源

在这个例子中

电流噪声源没有 1/f 区

因此设置 1/f 噪声与宽带噪声值一样

但输入的 1/f 的频率

是非常低的频率值如 0.001

最后一个要求是修改一些通用的

运算放大器模型的参数

首先找到开环增益或 AOL

按数据手册值中的分配值

给出等效的十进制值

在本例中 120dB 转换为 1E6

接下来找到运算放大器的

增益带宽参数或 GBW

用 GBW 除以 AOL 来计算主极点

在这个例子中

GBW 为 16MHz

除以十的六次方得到 16Hz 的主极点

这个结果将被直接输入到模型中

双击运算放大器原理图的符号

打开属性窗口

单击 Type 字段中的按钮

进入运算放大器的规格表

在这里输入开环增益和主极点

此时运算放大器和噪声源

包含了噪声仿真所有需要的信息

让我们最后做一个仿真

确认我们没有犯任何错误

使用在这个视频开始的时候

引入的噪声测试电路重新运行噪声仿真

经过我们的调整

现在的模型完全匹配数据表上的曲线

这款运算放大器

现在可以用在任何应用电路上仿真噪声

当您按照这样的方法

建立一些噪声模型后

您会发现它是一个比较简单的过程

在某些情况下

即使准确的模型已经存在

您仍然可以选择创立自己的噪声模型

其原因是自定义的噪声模型

可以灵活地调整或者消除噪声源

这使您能够尝试并确定电路的

噪声的主要来源

以上就是本次课程的内容

谢谢您的观看

请准备好下面的一个小测试

看看您是否已经掌握了本次的内容