真金不怕火煉,高精度低噪聲濾波電路
發布時間:2014-12-05 責任編輯:sherryyu
【導讀】本文將講解的是一款濾波電路設計,這個電路被設計為將低頻噪聲(0.1Hz 至10Hz)放大至可由示波器輕鬆測量的電平幅度。它采用一個0.1Hz二階的高通濾波器和一個10Hz四階的低通濾波器來實現這個功能。是經過驗證的高精度低噪聲濾波電路設計。
TI 高精度設計是由TI 模擬產品專家創建的模擬解決方案。經驗證的設計提供理論分析、器件選型、完整的印刷電路板(PCB)、可使用電路經測試過的性能。還討論了滿足可替代設計目標的電路修改。這個電路被設計為將低頻噪聲(0.1Hz 至10Hz)放大至可由示波器輕鬆測量的電平幅度。它采用一個0.1Hz二階的高通濾波器和一個10Hz四階的低通濾波器來實現這個功能。0.1Hz至10Hz 噪聲測量是放大器數據手冊中常見的關鍵參數。這個設計用於簡化0.1Hz 至10Hz 噪聲測量,常用於不同封裝類型的運算放大器。

設計總結此設計要求如下:電源電壓:+/-15V 直流,或+/-2.5V 直流•輸入:噪聲(nV) ,由放大器確定準確的幅度輸出:噪聲(mV) ,大到能在示波器上讀出來•總增益:100dB,100,000V/V,濾波器增益:40dB,100V/VTable 1中總結了設計目標和性能。圖示了此設計電路測試到濾波器的響應。
工作原理:這(zhe)個(ge)電(dian)路(lu)的(de)目(mu)的(de)是(shi)將(jiang)低(di)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)放(fang)大(da)至(zhi)可(ke)被(bei)典(dian)型(xing)示(shi)波(bo)器(qi)測(ce)量(liang)到(dao)的(de)電(dian)平(ping)幅(fu)度(du)這(zhe)個(ge)測(ce)量(liang)值(zhi)是(shi)放(fang)大(da)器(qi)數(shu)據(ju)手(shou)冊(ce)中(zhong)的(de)常(chang)見(jian)關(guan)鍵(jian)參(can)數(shu)。這(zhe)些(xie)測(ce)量(liang)中(zhong)采(cai)用(yong)的(de)標(biao)準(zhun)帶(dai)寬(kuan)為(wei)0.1Hz 至10Hz。很多高精度放大器大概有參考於輸入噪聲為100nVpp數量級的總噪聲。這個電路的增益將設計為使得輸出到示波器輸入端的信號在10mVpp 或更大的值。請注意,當直接用BNC接頭連接時,很多示波器分辨率可達到1mV/格的顯示精度。此測試器件(DUT) 處於高增益工作狀態,此時它是主要的噪聲源,而級聯濾波器電路內的噪聲不是很明顯。這個級聯濾波器的目的是為了具有低噪聲、精確的濾波器截止頻率和精確的增益。低頻噪聲規格總是以DUT等效的輸入噪聲為參考。示波器測得的噪聲為10mVpp。通過用輸出噪聲除以總增益計算得到RTI噪聲。在這個示例中,總增益為100,000 (10 x 1,000),所以用輸出噪聲除以總增益得到RTI噪聲(Vn-RTI = 10mV / 100,000 = 100nVpp)。
中顯示這個設計電路更完整的原理圖。第一級是在測試器件(DUT)。在這個器件上配有插槽以實現不同封裝器件的輕鬆測試。跟隨DUT 的三個級聯電路組成一個0.1Hz(二階)至10Hz(四階)帶通濾波器。目的是將OPA827 上的低頻電壓噪聲放大至可由示波器容易讀出的電平幅度。0.1Hz 至10Hz 的帶寬選擇是一個業界標準。
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第一級–DUT這個電路的用途是測量運算放大器的低頻噪聲。
第一級是我們希望測試的運算放大器,被稱為測試器件(DUT)。如所示,DUT 是一個高增益(1000x)dianluyiquebaoqizaoshengshizhenggedianludezhuyaozaoshengyuan,gensuidehoujiyunfangdianluzaoshengkehulve。shezhizengyidebingliandianzuzuhebeixuanzeweizuidaxiandudijianshaodianzurezaosheng(Req = 100kΩ || 100Ω = 99.9Ω)。顯示電阻和熱噪聲之間的關係。在這個電路中,由等效電阻Req = 99.9Ω產生的噪聲大約為1.1nV。
第一級是我們希望測試的運算放大器,被稱為測試器件(DUT)。如所示,DUT 是一個高增益(1000x)dianluyiquebaoqizaoshengshizhenggedianludezhuyaozaoshengyuan,gensuidehoujiyunfangdianluzaoshengkehulve。shezhizengyidebingliandianzuzuhebeixuanzeweizuidaxiandudijianshaodianzurezaosheng(Req = 100kΩ || 100Ω = 99.9Ω)。顯示電阻和熱噪聲之間的關係。在這個電路中,由等效電阻Req = 99.9Ω產生的噪聲大約為1.1nV。
第二級是一個增益為10 的高通濾波器。
德州儀器(TI) 公司的軟件工具Filter-pro™ 可用來設計此類型濾波器。可選擇一個二階的Butterworth,Sallen-Key,高通濾波器等濾波器選用最大平坦幅度的Butterworth 頻率響應Sallen-Key 拓撲結構被使用,這是因為它產生更多合理的器件值;也就是說,電容和電阻在可用的範圍內,以選用低成本高精度器件。
德州儀器(TI) 公司的軟件工具Filter-pro™ 可用來設計此類型濾波器。可選擇一個二階的Butterworth,Sallen-Key,高通濾波器等濾波器選用最大平坦幅度的Butterworth 頻率響應Sallen-Key 拓撲結構被使用,這是因為它產生更多合理的器件值;也就是說,電容和電阻在可用的範圍內,以選用低成本高精度器件。
第三級是增益為10 的10Hz 低通濾波器。
此濾波器為一個二階Butterworth 多反饋高通濾波器。Butterworth 頻率響應被選為最大平坦幅度。多反饋拓撲結構被使用,這是因為它產生更多合理的器件值;也就是說,電容和電阻在可用的範圍內,以選用低成本高精度器件。
此濾波器為一個二階Butterworth 多反饋高通濾波器。Butterworth 頻率響應被選為最大平坦幅度。多反饋拓撲結構被使用,這是因為它產生更多合理的器件值;也就是說,電容和電阻在可用的範圍內,以選用低成本高精度器件。
它與第三級相似,但是增益為1。第三級和第四級的目標是創建一個4th階低通濾波器。此濾波器被設計為一個二階,Butterworth,多反饋,高通濾波器。Butterworth 頻率響應被設計為最大平坦幅度。多反饋拓撲結構被使用,這是因為它產生更多合理的器件值;比如說,電容和電阻可選用有效的參數值,以實現低成本高精度器件選型。
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