[参考译文] TINA/Spice/TLV272：运算放大器噪声或者缺少电荷桶滤波器-馈送到 MCU ADC 引脚的模拟信号

罗德里戈、您好！

系统中的噪声由电阻器热噪声、运算放大器电压噪声和运算放大器电流噪声引起。 设计中的高阻值电阻器将增加系统噪声、并可能在总噪声中占主导地位。 如果运算放大器具有大量带宽或电压噪声规格较高、则运算放大器电压噪声可能会成为一个问题。 当电流噪声具有高阻值电阻器时、运算放大器电流噪声会导致问题；然而、这在双极器件中更常见。 CMOS 器件通常具有 FA/RT-Hz 范围内的电流噪声规格、因此电流噪声通常不是一个问题、因为它需要一个非常高值的电阻器来成为噪声的主要来源。

为了降低系统中的噪声、请考虑添加一个与 R74和 R76并联的电容器。 这将降低信号带宽、从而降低系统中的总噪声。 由于您看起来要测量50Hz 信号、我建议使用~47nF 的电容值、这会将截止频率设置为~390Hz。 但是、降低噪声的最佳方法是在系统中添加 RC 滤波器、以降低噪声集成的带宽。 是否可以在 VPA 和 VPB 处添加 RC 滤波器？

另一个噪声源可能是输入信号源？ 您的输入信号“干净”程度如何？ 如果输入源噪声很大、则需要对源进行滤波以获得可测量信号。  

如果您要断开输入端的交流系统和分压器与电路的连接、并向 VPA 和 VPB 施加信号、则噪声降低了、测量的信号可用吗？

有关 运算放大器噪声的 TI 高精度实验室视频、我建议观看这些视频以了解详情。 我们还观看 了有关 ADC 的 TI 高精度实验室视频、其中讨论了噪声和 ADC 输入驱动器设计。

我还建议下载 我们的模拟工程师计算器。 该计算器将有助于计算噪声并确定合适的“电荷桶滤波器”的大小。

谢谢、

Tim Claycomb

罗德里戈、您好！

您的电路看起来不错：

但我认为您没有足够的低通滤波：示波器图显示的噪声可估计在1kHz 的上限范围内。 但 R11和 C1 (在我的电路中)仅提供大约9.2kHz 的转角频率：

因此、正如 Tim 所提到的、您可以添加一些更低通滤波。 添加与 R6和 R7并联的电容器(在我的电路中)。 最终、可以添加与 R2和 R9并联的小电容。 不要忘记对偏置的1.64V 基准电压进行低通滤波！

您可以使用我为您创建的 TINA-TI 文件进行您自己的仿真：

e2e.ti.com/.../rodrigo1.TSC

Kai

尊敬的 Claybombar 先生：

非常感谢您的赞扬和详细回答。

今天、我已经向 OPAMP (1uF)的电源引脚(VDD)添加了更多电容器、这一点在《适用于所有人的 OPAMP》一书(第12-21页)中已经说明过。 我还观看了 TI 高精度实验室视频。 我不能更强调这些视频对模拟工程师来说非常有用和清晰。  

在观看 运算放大器噪声的视频后、我还添加了与 R74和 R79并联的电容器(如您建议的那样)。 我添加了一个1nF 的电容器、这样新的信号带宽为20kHz。 现在、该电路如下所示： 

然而、引入的电容器几乎没有什么帮助。 我n´t、由于加法放大器的增益都为1 (小增益)、电容器 C12和 C11对电路的影响很小、它们会怎么样？

(顺便说一下，您能否确认加法放大器的噪声(例如上面电路的第一级)是否为 Noise_Gain =[(R74)/(R63 || R64)] + 1 )。

然后、通过寻找其他解决方案、我在 TI 高精度实验室 ADC 3.4中了解到、其他噪声源是基准和电源。 我使用了两个 Traco 直流/直流转换器。 一个为第一个 OPAMP 提供+5/-5V 电压(TMR3 1221WIE)、另一个为第二个 OPAMP 提供+3.3V 电压。 我发现这两个运算放大器对电路有很大影响。 在我为两个运算放大器提供实验室电源后、MCU 中的信号看起来要好得多、如下图所示：

除了上述反相加法放大器的噪声增益问题之外、您是否建议(或 TI 建议)使用任何器件来提供运算放大器？ 换句话说、有任何器件(应该可以将其安装在 PCB 中)为不会对电路输出产生噪声的运算放大器供电？

非常感谢您的帮助。

此致

罗德里戈