VCA810差分接法

一个超声接收机，准备前放输出接VCA810，但810的datasheet上只有单端接法，因前放输出为差分形式，请教一下：VCA810是否可以接成差分形式，即in+接前放输出的out+，in-接前放输出的out-，为避免直流偏置，中间加隔直电容，这种方案可行吗？谢谢！

你好，

接成差分形式没有问题，可以放心使用。另外，如果是差分接法，只要共模满足要求，直流分量影响不会太大。你可以通过共模抑制比计算一下最终误差，如果信号频率不高，那么共模抑制比就比较高，可以不用隔直电容。记得保证共模电压在要求范围以内

感谢您的详细解答，接成差分形式也是为了提高电磁兼容性，因该仪器所处电磁环境较为恶劣。另外还有一个问题：该超声仪器信号传输电缆较长，源内阻较小（20欧~50欧），准备前放采用仪表运放，但增益不能大于30dB，而集成的仪表运放比如ina163的器件噪声在1nv/sqrt(Hz）时要求增益在55dB以上（20dB时噪声谱密度远大于，因此无法直接用集成的仪表运放，准备用低噪声运放如opa211等搭一个仪表运放，通过降低其外置的各电阻获得低噪声，同时保留仪表运放抗共模抑制比较高的优点，请问：

1）该方案是否可行？虽然cmrr会降低，但通过挑选电阻精度能得到一定程度补偿；

2）此搭接的仪表运放噪声如何计算？有无较为详细的资料？从ina163手册上看到的20dB噪声谱在8nv/sqrt(Hz）左右，明显比60dB大很多，但即使考虑内部的缓冲放大和差分放大接的各电阻也比手册给的要小得多。推测是通过RTO除以增益再加上电阻噪声得到的，但RTO是怎么产生的？除了电阻噪声、器件噪声（可以做的很小）还有其他噪声源吗？若没有其他噪声源，那原理上讲，用低噪声运放搭接的仪表运放可以做得在低增益情况下比集成仪表运放优的噪声性能啊（虽然会降低cmrr）。

3）除此之外，是否还有其他较为优秀的方案？需求：低噪声、较高输入阻抗、较高的cmrr、增益20dB~30dB、源内阻20~50欧左右、工作频率300kHz左右。

谢谢！

你好，

方便解释一下“集成的仪表运放比如ina163的器件噪声在1nv/sqrt(Hz）时要求增益在55dB以上”这句话吗？

运放的噪声密度和放大倍数应该是没有关系的，我在datasheet上也没有找到运放噪声密度和放大倍数的关系图

另外，请问你这个是一个什么样的应用？

运放噪声计算请参照：

http://www.deyisupport.com/question_answer/analog/amplifiers/f/52/t/19179.aspx

BR,

Mike Wang

您好！“集成的仪表运放比如ina163的器件噪声在1nv/sqrt(Hz）时要求增益在55dB以上”这句话是指：若希望输入噪声谱密度达到1nv/sqrt(Hz）左右的性能，则需要把增益设置在55dB以上，当增益较低时，输入噪声谱密度会增加较为明显，详见ina163的datasheet第4页中的“NOISE VOLTAGE (RTI) vs FREQUENCY”图，从图中可以看到，只有G为500或1000时，输入噪声谱密度才能低至1nv/sqrt(Hz）左右，即增益为20*log500=54dB，噢，不好意思，是54dB不是原帖子中的55dB。因仪表运放的这种低噪声性能只有在高增益情况下才能取得的缺点，才让我考虑自己用低功耗运放和低的外接电阻搭仪表运放。

我的应用是：类似B超的超声仪器，工作频率600kHz左右，经过长电缆传输，源内阻数10欧（也可能在100~200欧），所处工作环境电磁兼容性较差，为提高共模抑制比，考虑采用仪表运放，受制于电平限制，前放增益不能超过30dB（最好在20dB左右），同时前放器件噪声不能显著高于源内阻噪声要求前放器件噪声希望能控制在1.5nv/sqrt(Hz)，前放之后接可变增益，初步选择VCA810。

您给的资料中只有普通运放的计算，也没有关于仪表运放噪声的计算公式。

谢谢！

你好，

1. 你说的那个噪声密度都是等效到输入端的（RTI: refer to input），所以增益越大，等效到输入端的噪声就越小，但是总的输出端的噪声是一样的，所以对你的应用来说增益对噪声没有影响。

2. 关于噪声的计算，仪表运放和普通运放是相同的，对于低频的应用，一般只考虑电压噪声即可

BR，

Mike Wang

您好！

    我觉得我们在理解上可能有一些不一致的地方。

首先，RTI对我来说非常重要，因为这是器件噪声是无法降低的，当RTI高时意味着接收信号要大才能保证信噪比，或者说RTI高会让系统的信噪比降低，这会严重影响系统的最远探测距离（因为远距离的回波信号更弱），因此我的目标是寻找一款在较低增益下能保证较低RTI的仪表运放（选择仪表运放的目的是看中它的cmrr），反而RTO对我来讲意义不大，因为回波信号是接在仪表运放输入端的。

其次，仪表运放可以实现较低的RTI，但要求较高增益，而较低增益下的RTI会显著增加，这是为什么？因为从其内部框图看，缓冲输出级的电阻噪声明显不至于产生这么大的等效RTI的，也就是说还有其他噪声源，只能是缓冲输出级的运放自身噪声了，那么是否意味着自己用低噪声运放搭的三运放仪表可以实现较低的RTI？

第三，运放同相放大和反相放大噪声计算较为简单，但仪表运放的噪声如何定量计算？能否给出详细的计算公式？

第四，噪声与频率的关系，应该是甚低频需要考虑1/f噪声、电压噪声、电流噪声，1kHz以上频率的应用就只需要考虑电压噪声和电流噪声了，高源内阻电流噪声影响较大，低源内阻电流噪声影响较小。

你好，

1. RTI 和 RTO其实是一回事。假设RTI是1mV, G=10, 那么RTO=10mV；RTI=0.1， G=100，RTO=10mV,也就是说RTO是不会变的。其实你追求的RTI小，最后还是反映到RTO小，都是一回事，无非就是这个运放的噪声系数太大，不满足要求。

2. 你说的对，这个噪声主要是由运放自身的噪声引起的。你自己用三运放架构来搭未必是好的选择，因为每个运放都会引入噪声，总体噪声未必会好，而且输出级的电阻需要精确匹配，很难做到和一边运放一样的匹配程度，若不匹配，会严重影响cmrr和thd等参数。你可以选择一块噪声更小的仪表运放

3. 仪表运放计算噪声的方法其实更加直接，你对RTI的噪声积分，然后再乘以放大倍数就可以了，积分区间就是你后端滤波器的带宽

4. 一般的低速运放，电流噪声都极小，和电压噪声比均可以忽略，所以我说只需要考虑电压噪声；电阻噪声也是需要考虑的，只要阻值合适，一般也会比较小；至于你说的1/f噪声，是属于电压噪声的，电压和电流噪声都可以分成1/f噪声和宽带白噪声，在计算时两者都需要考虑

感谢您的回复。

1，RTI和RTO确实存在一定的等效关系，从我的角度来说，就是希望在较小的增益（如20dB~30dB）情况下RTO非常小，从而等效到前放的RTI非常小。但从目前的仪表运放来看，几乎没有在30dB以下增益情况下RTI小于1.5nV/sqrt(Hz)的。不知道您有没有合适的选择？

2，因为没有合适的仪表运放，才考虑自己搭仪表运放，但我可以接受自搭电路cmrr和thd降低的代价，若我搭接电路里头的各电阻都取得非常小，运放也取低噪声运放比如OPA211等，是否从理论上可以做到在较低增益下等效到前放的RTI很小？

3，普通运放同相放大和反相放大计算公式较为齐全，比如输入各电阻数据和运放电压噪声和电流噪声，就可以通过公式计算出来，那么仪表运放呢？有没有现成的计算公式，只需输入三运放各自连接的电阻值和运放噪声就可以计算RTI噪声谱密度？我关心的不是手册上给出的噪声图表数据，而是通过什么公式得到这些曲线。

4，既然仪表运放输出缓冲级的运放器件噪声很大，厂家为何不能跟前面的放大级一样选低噪声的运放呢？这样就可以大幅降低在低增益下的RTI噪声啊，是为了提高cmrr吗？

5，很多用户跟我一样，选择小信号低噪声放大时前放第一选择是仪表运放，仔细一看，其低噪声需要在高增益情况下才能获得，低增益情况下等效输入噪声急剧增加，但很多时候素前放增益不能太大，因此只能放弃仪表运放，其实这是一件非常可惜的事情。