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本帖最后由 mosker 于 2020-8-18 11:53 编辑
低噪放大一直来都是电子工业领域一项极为重要运用又广泛的技术。放大器其中有一项指标是信噪比SNR即信号S与噪声N之比 SNR=S/N,信噪比可以是电压或电流的有效值的比值，如果是电压信噪比就是SNRv=20lg(Sv/Nv)，比如一台放大器输出信号为1V,里面参杂了1mV的噪声那么该放大器的电压信噪比SNRv就为20*lg(1000/1) =60dB。由此可以看出一台放大器的信噪比在信号一定的情况下是由放大器引入的噪声电压、电流决定，噪声越小信噪比就越高，而放大器引入的噪声有大部分是放大器的架构各元器件固有的噪声总和，这部分噪声就称为放大器的本底噪声Floor Noise,本底噪声决定了放大器能够识别的最小输入信号大小，因此对于微弱信号的放大，本底噪声是放大器性能的一项重要的参考指标。对于高倍数的放大器而言本底噪声90%上是由输入级的噪声所决定，因此制作高倍数的低噪放大器难点在输入级架构的确定。
由于DIY条件和成本限制因此我们只有选择具有低输入噪声高增益的运算放大器来完成，通过查阅参考文档选择了Analog Devices公司出品的ADA4523-1做为输入级的放大，这款芯片提供了优异的性能指标（0.1 Hz to 10 Hz 范围只有惊人的88nVp-p，1khz处频谱密度电压：4.2 nV√Hz）。 低噪放大器一般都采用N路并联以达到降低输入噪声提高信噪比的目的，N路并联等效为 1÷√N，这里采用多路并联降低输入噪声还有一个重要因素就是输入电流噪声必须足够小ADA4523-1的为1pA√N，通过实验对比发现性价比最好的组合就是8路ADA4523-1并联，以达到单路的36%的输入噪声也就是在0.1 Hz to 10 Hz范围内达到36nVp-p。这一级增益设计为1000倍60dB，反馈网络采用10K和10R组合。
对于设计指标为100万倍的放大器 显然需要多级放大处理，通过前面一级的输入级放大1000倍，输入噪声在这一级的影响已经降低，这级主要是合并前面8路放大后的信号并且进行增益可调控制，芯片也一样采用了ADA4523-1，当然也可以使用官方推荐的LTC2057,但为了性能还是决定使用ADA4523-1。增益控制通过波段开关设置4档，1倍，10倍，100倍，1000倍，因此整机的增益基本固定下来4档可调分别是1000倍(60dB),10000倍(80dB),100000倍(100dB),1000000倍(120dB)，最大放大倍数120dB刚好两个数量级方便转换也就是1nv/1mv的比率。
最后信号通过低通滤波过滤输出完成了所有的放大任务。
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技术指标：
- 输入噪声电压： 0.1Hz~10Hz范围内 40nVp-p
- 频谱密度电压： 1kHz 处 2nV/√Hz
- 最大电压增益： 1000000 or 120dB
- 最大输入电压： ±15Vdc
- 最大输出电压： 根据供电压决定，轨到轨输出，一般≤供电电压
- 增益控制： 4档（60dB、80dB、100dB 、120dB）
- 增益精度： (0.1Hz~10kHz) 2%
- 最小分辨率： 10nV
- 低通滤波： 3档 (<10Hz、 <100Hz、 Full)
- 供电方式： 2片4.2V2000mAH锂电
- 供电电压： ±4.2Vdc，最大供电电压±15Vdc
- 充电接口： miniUSB 5V 300mA
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发表于 2020-8-18 11:53:39
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