4 计算输出端的电压噪声

现在，我们通过手工计算来得出简化音频系统的总噪声。在本示例中，我们在同相配置中使用 OPA1656，增益为 40dB 或 100V/V。我们还使用Topic Link Label1中所述的滤波来限制 BW。图 4-1 是我们在该示例中使用的电路配置。

图 4-1 电路配置

第一步是计算电路的噪声 BW。本例电路的截止频率设置为 25.9K。可以使用Equation5 来计算电路的带宽噪声。

Equation5.

其中：

• BWn = 噪声 BW
• Kn – 砖墙因数（对于第一阶滤波器为 1.57）
• Fc = 截止频率

Equation6 是图 4-1 中所示电路的噪声带宽。

Equation6.

我们首先看一下电路的热噪声。热噪声是可通过首先计算增益网络的 Req 来进行计算的电路。这是通过将 R1 和 R2 并联来完成的。对于电路 1 中所示的电路，使用以下方法完成此操作：

Equation7.

在更高速度下，直流阻断电容器的作用将类似于短路。因此，考虑将 R4 电阻器与源电阻并联。该值非常低，因此不包括在 Req 计算中。使用Equation1，可以计算电阻器产生的 2RMS 电压噪声。

Equation8.

接下来，我们看一下电路的电压噪声。评估运算放大器产生的电压噪声时，第一步是获取数据表中显示的输入电压噪声，并将其乘以频率的平方根。如果我们看一下 OPA1656 SoundPlus 超低噪声和失真、Burr-Brown 音频运算放大器 数据表中的电压噪声，会发现 10kHz 时的值为 2.9nV/rtHz。如图 1-1 所示，宽带噪声在整个频率范围内保持不变，因此我们可以将此数字用于任何超过 10kHz 的频率。将放大器的电压噪声乘以截止频率将得出放大器的 RMS 电压噪声。

Equation9.

下一步是计算放大器产生的电流噪声。使用Equation4 可以计算放大器产生的 RMS 电流噪声。对于该示例，OPA1656 的电流噪声为 6fA/rtHz。

Equation10.

Equation11.

Equation12.

这将得出所谓的总输入基准电压噪声。接下来，将输入基准电压噪声乘以电压噪声增益，对于我们的电路，增益为 100V/V。请记住，这是放大器同相端子处的增益。

Equation13.

根据计算，得到的值为 100uVpp。该值非常接近图 4-2 中所示电路的仿真值。请注意，为了更准确地计算，可以单独计算 1/f 噪声。更多有关电压噪声以及如何计算该误差的信息，请观看培训视频：TI 精密实验室 - 运算放大器：噪声。

图 4-2 仿真电路

手动计算的一个关键原因是它允许您评估各个噪声源。在我们的示例中，实际上可以看到电阻器噪声是主要噪声源。