OpAmp: ¿Es mejor atenuar de forma activa o llevar un rango completo a un divisor?

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Quiero obtener una señal diferencial de + -15V (60Vp-p) en un ADC que tenga una sola fuente de 3.3V. Cuando le pedí a un amigo que lo revisara, estaba preocupado por el rendimiento de ruido de R5-R6 en comparación con el uso de R1-R4 para hacer que U2A produjera el nivel deseado para comenzar con:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

(la protección de entrada no se muestra para mayor claridad)

Tengo entendido que el nivel de ruido de un opamp no depende del nivel de la señal, por lo tanto, una señal más caliente es mejor. Así que solo atenué U2A lo suficiente para que coincida con el rango de entrada completo y dejé el resto a R5-R6.

(Otro beneficio es que si algo sale mal y U2A se convierte en un comparador, entonces la entrada del ADC todavía está dentro de los límites. Probablemente no es probable, pero es posible).

Mi amigo cree que realmente tendría menos ruido al poner toda la atenuación en R1-R4, eliminar R5-R6 y conducir C1 directamente. ¿Es esto cierto?

    
pregunta AaronD

2 respuestas

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Supongo que 6K está destinado a representar la impedancia de entrada del ADC, por lo que no contribuye con el ruido.

La combinación R5 / R6 contribuye con 2.0nV / sqrt (Hz) en la entrada ADC. La salida del amplificador operacional tiene un ruido de aproximadamente 18nV / sqrt (Hz) (principalmente debido al ruido de Johnson en las resistencias), por lo que aproximadamente 1.9nV / sqrt (Hz) en la salida del divisor, o un total de 2.8nV / sqrt (Hz) en la entrada ADC. En otras palabras, las dos contribuciones son similares (divisor y amplificador).

Le animo a que realice un análisis de ruido completo y mire las distintas contribuciones individualmente. Como se agregan en cuadratura, las magnitudes de los valores al cuadrado son importantes. Este documento de Analog Devices le brinda la información que necesita.

Es posible que haya cometido un error, pero cuando I realice el análisis con un atenuador hecho con resistencias de 10K / 546.5 ohmios en lugar de 10K / 5K y sin divisor (la ganancia es de 0.0546 en ambos casos), Recibo un ruido para su circuito de 51nV / sqrt (Hz) referido a la entrada de la diferencia frente a 119nV / sqrt (Hz) para el circuito sin divisor, correspondiente a 2.8nV / sqrt (Hz) vs. 6.49nV / sqrt (Hz) en la entrada ADC.

Todo esto se refiere a la región que se encuentra por encima de las esquinas de voltaje y ruido de corriente, por supuesto, que debería ser válida para la mayor parte del espectro de audio (pero nunca parece ser para las cosas que hago).

    
respondido por el Spehro Pefhany
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¿Por qué diablos estás preocupado por el ruido de Johnson?

Tenga en cuenta que el LM833 tiene un ancho de banda de potencia inferior a 1 MHz. Suponiendo que su ADC tiene una entrada de 3 V y una resolución de 16 bits, 1 lb es ~ 46 µV. Una resistencia de 1 kΩ con un ancho de banda de 1 MHz tiene un voltaje de ruido de Johnson de ~ 4 µV, y el ruido se escala como la raíz cuadrada de la resistencia. Se necesitaría una resistencia de 529 kΩ para darle 1 lsb de ruido.

No dices cuál es tu impedancia de entrada deseada. Digamos que es 1 MΩ. Puede usar una red divisora de 475 kΩ / 50 kΩ / 475 kΩ para reducir su entrada a 3 Vp-p, seguido de un receptor diferencial de ganancia unitaria simple, y aún tener & lsb de ruido. Y, por supuesto, cualquier valor más bajo de resistencia de entrada causará directamente una reducción del ruido de la resistencia.

Realmente no veo el problema.

    
respondido por el WhatRoughBeast

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