无烦恼，高增益：构建具有纳伏级灵敏度的低噪声仪表放大器

SPICE仿真

SPICE电路仿真虽然不能代替原型制作，但作为验证此类电路构想的第一步很有用。若要验证此电路，可以使用ADIsimPE仿真器和AD8428 SPICE宏模型仿真两个器件并联时的电路性能。图3中的仿真结果表明该电路的表现与预期一致：增益为2000，噪声降低30%。


图3. SPICE仿真结果

测量结果

在工作台上测量四个AD8428组成的完整电路。测得的RTI噪声频谱密度为0.7 nV/Hz (1 kHz)，0.1 Hz至10 Hz范围内具有25 nV p-p。这比很多纳伏电压表的噪声都要更低。测得的噪声频谱和峰峰值噪声分别如图4和图5所示。


图4. 图1中电路的电压噪声频谱测量值


图5. 图1中电路测得的0.1 Hz至10 Hz RTI噪声

结论

纳伏级灵敏度目标非常难以达成，会遇到很多设计挑战。对于需要低噪声和高增益的系统，AD8428仪表放大器具有实现高性能设计所需的特性。此外，该器件独特的配置允许将这个不寻常的电路加入其纳伏级工具箱内。

参考文献
MT-047指南：运算放大器噪声。      

MT-048指南：运算放大器噪声关系：1/f噪声、均方根(RMS)噪声与等效噪声带宽。

MT-049指南：单极点系统的运算放大器总输出噪声计算。

MT-050指南：二阶系统的运算放大器总输出噪声计算。

MT-065指南：仪表放大器噪声。

作者
Moshe Gerstenhaber [moshe.gerstenhaber@analog.com] 是ADI公司研究员。他于1978年加入ADI，数年间先后担任过制造、产品工程及设计方面的多种高级职务。Moshe目前是集成放大器产品部门的设计经理。他在放大器设计领域做出了重大贡献，特别是极高精度专用放大器，如仪表放大器和差动放大器等。

Rayal Johnson [rayal.johnson@analog.com] 是马萨诸塞州威明顿市线性产品部门的设计工程师。Rayal获得麻省理工学院学士和硕士学位后，于2006年加入ADI公司。Rayal专注于集成式精密放大器技术工作，包括仪表放大器、热电偶放大器和高/低电压差动放大器。

Scott Hunt [scott.hunt@analog.com] 是马萨诸塞州威明顿市线性产品部门的产品应用工程师。他获得伦斯勒理工学院电气工程学士学位后，于2011年加入ADI。Scott专注于集成精密放大器技术工作，包括仪表放大器、差分放大器和热电偶放大器。