Concepto de piso de ruido

Suponiendo que su entrada no tenga ruido (claramente no es cierto, pero tenga paciencia conmigo), el circuito activo que filtra su señal introducirá ruido y este ruido aumentará en línea con la ganancia del circuito.

Si está utilizando amplificadores operacionales, uno de los parámetros contenidos en la hoja de datos es E (ruido). Este es el ruido básico que produce el amplificador operacional y es de banda ancha en la naturaleza. Básicamente es ruido blanco y tiene una densidad espectral de tantos vatios por hertz, PERO generalmente se especifica como voltios por sqrt (hertz).

¿Cómo lo usas?

Diga que la cifra es 10 nV / \ $ \ sqrt {Hz} \ $ y, si tiene un ancho de banda limitado a 12 kHz, tome la raíz cuadrada de 12,000 (109.5) y multiplíquelo por 10 nV para obtenga un ruido total (referido a la entrada del amplificador operacional) de 1.2 uV RMS.

Esto está sujeto a una ganancia de 2 (según la pregunta) que le da una amplitud de salida de 2.4 uV RMS. Puedes usar las estadísticas para convertir esto en un voltaje pico a pico al multiplicarlo por 6.6. Esto produce un valor de pico a pico que se garantiza estadísticamente inferior a 14,4 uV p-p para el 99.9% del tiempo: -

Loanteriortomadode Relaciones de ruido del amplificador operacional, MT-048 por ADI .

También hay otras fuentes de ruido.

• El ruido de parpadeo también se especifica en las hojas de datos del amplificador operacional y cubre el rango de 0,1 Hz a 10 Hz (generalmente) y se establece como un valor p-p.
• El ruido de la corriente de polarización de entrada también se especifica y esto se manifiesta como un voltaje que depende de la resistencia conectada a cada entrada del amplificador operacional.
• Resistor ruido térmico . Cada resistencia produce ruido y esto debe tenerse en cuenta especialmente si se utilizan valores altos.

Todos estos factores deben agregarse juntos como valores de RMS como: -

Adición = \ $ \ sqrt {A ^ 2 + B ^ 2 + C ^ 2 + etc} \ $

Finalmente, para un ancho de banda de 12 kHz, debe analizar el ruido hasta un ancho de banda que puede ser significativamente mayor que 12 kHz. El efectivo ancho de banda de ruido siempre es más grande: -

Loanteriorleindicaqueparauncircuitodefiltrodepasobajodeunsolopedidoa12kHz,elanchodebandaderuidoquedebetenerseencuentaes1.5708x12kHz.Paraunfiltrodesegundoorden,elanchodebandaderuidoes1.1107x12kHz.

Másinformación: Op-amp noise, MT-047 by ADI .

EDITAR / ADICION

Por lo general, los amplificadores operacionales tienen un gráfico que muestra cómo cambia la cifra de densidad de ruido en todo el espectro. A continuación se muestra el AD8665: -

Tenga en cuenta que solo a 1 kHz es la E (ruido) un valor de 10 nV / \ $ \ sqrt {Hz} \ $. Algunos diseños funcionan bien por encima de 1 kHz y puede obtener una mejor figura de ruido siempre que las bajas frecuencias se filtren después del amplificador. Tenga en cuenta también que el ruido a 100 Hz es, para este amplificador operacional, 20 nV / \ $ \ sqrt {Hz} \ $, por lo que si tiene un diseño particular que apunta a este rango de frecuencia, utilice las cifras de ruido más altas.

Me gustaría agregar que puede haber otras fuentes de ruido además de los opamps que usa. En general, se considera que los condensadores e inductores NO agregan ruido. Sin embargo, las resistencias añaden ruido!

Si está utilizando resistencias en el diseño de su filtro (por ejemplo, como ruta de retroalimentación para los opamps), su ruido debe tenerse en cuenta. El ruido (térmico) de una resistencia es 4kTR, por lo que es proporcional al valor de la resistencia. Esto significa que las resistencias de mayor valor generarán más ruido y, por lo tanto, aumentarán el piso de ruido. Para resistores de bajo valor, su ruido podría ser tan bajo que las luces determinan el nivel de ruido.

Si tiene acceso a un simulador de circuito (qucs es un ejemplo gratuito), puede simular su filtro con las opamps ideales y determinar el nivel de ruido de su diseño.