[参考译文] OPA657：作为 TIA 的 OPA657噪声计算

上午：张先生，  

这一方程式是我在1996年的时间框架内做的一些工作所产生的-发表在一系列文章中、 但在这个设计的预置中进行了总结-这些文章在本文档的末尾被引用、这个处理的主题是进行明智的简化、以在等式中获得精确的结果、而复杂程度要低得多。  

e2e.ti.com/.../4331.Transimpedance-design-flow-using-high-speed-op-amps.pptx

您好、Michel、

感谢您的 PPT。  但我仍然无法理解输出噪声计算。 可以帮帮我吗？ 我需要如下确认以下信息。  可以帮帮我吗？  

Q1：对于 OPA657  公式9， 最大 F 值= ?

Q2：当我 计算 OPA657的输出噪声 和  OPA657数据表中的公式9时、如果 计算值为 A、 则的计算单位是多少？ 它是 V/sqrt (Hz)吗？

总输出电压噪声=a*sqrt (Ln (噪声带宽)？  

以及如何计算 噪声 带宽？

假设在互阻抗级之后有一个带宽限制滤波器来控制噪声积分范围、则设置公式9。 如果您自行设置级带限、则公式会更加复杂、通常在该级之后进行滤波、您可以依靠滤波来定义噪声积分带宽。 噪声功率带宽是另一个讨论，但例如，单极 RC 的噪声功率带宽为1.57*F-3dB。  

方程式9的单位是 V/rootHz -如果输入参考除以 RF、则为 A/rootHz。  

实际上、OPA657 - OPA818有一个升级部件、我在其中没有看到该噪声公式(？)、但它也适用。  

如果你想进行更广泛的噪声分析讨论、就在这里-这是我从80年代中期的 Motchenbacher 和 Fitchen 书开始进行的多年噪声分析的结果。 这是我在撰写有关 EDN 的互阻抗设计文章的同时编写的 BurrBrown 应用手册

https://www.ti.com/lit/an/sboa066a/sboa066a.pdf

如果您有特定的设计要求、我也许可以单步执行一个 TINA 示例。 但时间会缩短、祝您好运。

哦、顺便说一句、由后置滤波器定义的噪声积分范围"F"必须小于反馈极点频率才能使公式正常工作。 由于极点频率设置为所需的响应形状、因此这在应用中是明智的-但由于增益带宽产品的可变性、ZT 级本身将具有相当多的可变性-以获得更多的设计控制、 最好将 ZT 标称带宽设置为超出您所需的值、然后使用后置滤波器控制最终结果、该滤波器在小于 ZT 级标称带宽的情况下显示较低的可变性。 当我运行该积分以获得噪声时、我只会上升到噪声增益曲线上升部分的某些 F -如果您从那里上升到反馈极点、则 LG =0dB 交叉点、 这些方程超出了我们愿意接受的范围。  

是的、我有一个 TIA 电路。 使用 OPA2320。 最小输入电流为直流1nA。 您能帮我 分析输出电压噪声吗？  

LM4132输出2.048V 电压。  我认为 OPA2320输出噪声应包括2.048V REF 噪声、对吧？

顺便说一下、 我找到了文档：sboa060。 显示了 TIA 电路噪声 计算。 但我不知道什么是 f3 80KHZ？ 您会检查一下吗？

e2e.ti.com/.../sboa060.pdf

因此、更早的 BurrBrown 噪声应用手册中包含了自限互阻抗设计的所有区域-正是这种复杂程度、我尝试使用包括后滤波在内的实际完整系统概念来简化-您的电路看起来需要更正、 但我相信、TI 团队已做好准备处理这一问题。  

我的电路 不正确？ 您能帮我 分析输出电压噪声吗？  

Tengfei 和 Michael、您好、

  感谢 Michael 提供了额外的噪声基准和说明。  

  我们可以帮助修复您的电路。  基本 TIA 电路看起来类似于器件数据表中提供的电路：

  您是否能够为我们提供光电二极管的内部电容、光电二极管的电流范围以及放大器所需的输出电压范围？

谢谢、

Sima

我  的应用中不使用光电二极管。  我想我的应用没有 内部电容、输入电流范围为1nA~20nA、TA：-40C~60C。  

输出电压 大约为0~2.048V。 我不想了解如何 计算 TIA 电路  噪声。 你可以帮助我完成这个操作吗？

Tengfei 您好、  

  Michael 分享了有关此内容的早期内容。 但是、我可以共享其他参考、这些参考会介绍使用 TIA 的特定示例。 我会仔细检查输入源是否具有某种内部电容、但您可以估计 CD (二极管电容)来自 PCB 的寄生。 输入电容需要一个小的补偿反馈电容器。  

FET TIA 的噪声分析 (考虑总噪声、包括电流、电压和电阻器噪声)

2.下面附加的 TIA 噪声分析 PowerPoint (也介绍了总噪声、但更详细地介绍了 TIA 噪声示例和仿真)

3. PowerPoint 的书面 PDF 格式；下文附录了第11章和第12章

  如果您对这些文档有任何疑问、请告诉我。 您还可以在 TINA-TI 中对此进行仿真、该仿真可生成电路输出和总噪声的图、本 视频对此进行了介绍。 我强烈建议对您的电路进行仿真。 您似乎在使用环路内补偿技术来降低带宽和有效降低噪声。 但输出端也有一个隔离电阻器、您可以移除反馈和内部环路中的补偿、只需在放大器的输出端使用 RC 滤波器。  

e2e.ti.com/.../Noise-In-Photodiode-applicaitons_5F00_Art-Kay.ppt

e2e.ti.com/.../noise11_2D00_Photodiode_2D00_Noise-1.pdf

e2e.ti.com/.../noise12_2D00_Photodiode_2D00_Noise-2.pdf

谢谢、
Sima  

Tengfei 您好、

 是的、RC 低通滤波器将降低系统带宽、从而有效地降低噪声。  

正确、它是系统的单极滤波器估算值(1.57)*噪声带宽、即1/2pirc。  

2.是 的、那么您使用此噪声带宽来计算1/f 和宽带噪声、其组合将为您提供总电压噪声。 然后、您可以计算电流噪声和电阻器噪声、这将为您提供系统的总噪声。 PowerPoint 中的第41-44页 是相同的概念、但包含电流源(光电二极管)的噪声并使用跨导带宽。

3.我觉得我不是很明白这个问题。 TIA 是增益为100、还是存在增益为100的后续级？  

谢谢、
Sima  

Smia、

您可以检查以下电路：

R5=1K、C6=0、1u 第二个放大器增益=100、如果 TIA 输出噪声=VITA =480uV、

我想获得 仅 TIA 噪声480uV 的 R5 C6输出噪声作为输入噪声。  1/2*3/14*1k*0.1u=1592HZ，fnoise 带区=1.57*1592=2500HZ，

sqrt (2500)=50

R5 C6输出噪声=480uv*100*50 ？ 我认为这是不正确的、但我不知道如何 计算。

如果电路具有2级 放大，我不知道如何 计算2CD 放大器输出中的输出噪声。

您好、Sima、

您会确认这个问题吗？

您好、Sima、

谢谢。 我是说我要确认第一级的噪声带宽。  我不知道  噪声带宽是什么。 第一级的输出。

第一阶段  有2个噪声带宽 ：kN*1/(2 π*R1*C1) 和 kN*1/(2 π*R5*C5)。

例如、如果第一级输出总噪声为100nV/SQT (Hz)、 则第二个增益为 G2、EN1是第一级第二级的输出噪声。

(1)  kn*1/(2 π*R1*C1)=1K， kn*1/(2 π*R5*C6)=100K，EN1=G2*100nV/SQT (Hz)* 1K？ 或者 EN1=G2*100nV/SQT (Hz)* 100K？

(2) kn*1/(2 π*R1*C1)=100K、 kn*1/(2 π*R5*C6)=1K、 EN1=G2*100nV/SQT (Hz)* 1K？ 或者 EN1=G2*100nV/SQT (Hz)* 100K？

Tengfei 您好、

  在之前的答复中、我对每个阶段使用了最坏情况场景、这与 TI 高精度实验室视频中使用的方法类似。 从技术上讲、这不是一阶系统；但 如果我们使用二阶到三阶系统、则会低估输出噪声。  

 对于最坏情况，请使用第一级的噪声带宽 (1.57*(1/2pi*R1*C1))计算第一级的输出总噪声，并使用第二级的噪声带宽(1.57*(1/2pi*R5*C6)计算 第二级的输入总噪声。  

 对于简化的最坏情况，请在较高带宽下使用一阶系统的噪声带宽：1.57*(1/2pi*R5*C6)。  此 E2E 主题 详细介绍了基于 TI 高精度实验室视频示例的仿真示例(如下所示)。  

e2e.ti.com/.../1134.OPA627-Noise.TSC

谢谢、

Sima

SIMA、

您说：

 "对于最坏情况，使用第一级的噪声带宽 (1.57*(1/2pi * R1*C1) )计算第一级的输出总噪声，并使用第二级的噪声带宽 (1.57*(1/2pi * R5*C6) 计算 第二级的输入总噪声"。  我不太理解。

  对于第一级输出，第二 个输出引脚中的总噪声带宽=(1.57*(1/2pi*r1*c1)*(1.57*(1/2pi*r5*c6)) ？ 您能详细解释一下吗？

我使用2个案例、以便获取一级运算放大     器的噪声带宽、从而在两级运算放大器输出引脚中清晰地计算一级运算放大器输出噪声。

2个案例：根据您的上述计算如下、 计算 是否正确？

(1) 1.57*1/(2pi*r1*c1)=1K、1.57*1/(2pi*r5*c6)=100K、EN1=g2*100nV/SQT (Hz)* sqrt (1K)？  

(2) 1.57*1/(2pi*r1*c1)=100K，1.57*1/(2pi*r5*c6)=1K，EN1=g2*100nV/SQT(HS)* sqrt (100K)？

Tengfei 您好、

 对于这种说法、我的意思 类似于 高精度实验室视频中先前图像中所示的方法、 您可以通过计算两个输出噪声项来将第一级噪声的输出与第二级噪声的输入噪声相结合、这两个项是两个不同噪声带宽计算的来源。

 将噪声带宽相乘将不会提供正确的噪声带宽。 最好针对最坏情况进行计算、最坏情况是在最大带宽下的一阶系统、在您的情况下、计算结果为100kHz。  

 对于这两种情况、在 EN1 (第一级的输出噪声)、1)和2)的计算方面是正确的。 但情况1)在实践中没有意义、因为在阶段1中带宽已经减少)。  

谢谢、
Sima  

您好、Sima、

感谢你的帮助。 我还有一个问题。 对于您的 TINA 电路、  

 噪声带宽 ：1.57*(1/2pi*10n*1k)=25KHZ，波形：25kHz，噪声输出噪声=1.6uV/sqrt (Hz)，总噪声=641.9uV，

1.6uV/sqrt (Hz)*sqrt (25000)=253uv。 253uv 不是641.9uv。 为什么它不相等？

SIMA、

非常感谢！