什么是“閃爍噪聲”？

雖然運算放大器（op amp）中有許多不同的噪聲源，但最神秘和最令人沮喪的噪聲源可能是所謂的閃爍噪聲。這是一種低頻現象，由導通路徑的不規則性和晶體管內偏置電流引起的噪聲引起。閃爍噪聲隨頻率成反比增加，速率為每倍頻程3 dB，因此通常稱為1/f噪聲（“f”表示頻率）。這種1/f噪聲在較高頻率下仍然存在，但運算放大器內的其他噪聲源開始占主導地位，抵消了1/f噪聲的影響。對于大多數運算放大器，這些其他噪聲源在大多數頻率范圍內形成一致的白噪聲（意味著它在頻率范圍內是恒定的），但低頻仍然以1/f噪聲為主。圖1突出顯示了標準運算放大器的典型噪聲形狀。在較高頻率下，本底噪聲隨頻率變化而恒定，但是，在較低頻率下，1/f噪聲開始占主導地位，高于白噪聲。

一個常見的指標是定位1/f轉折，這是1/f噪聲幅度與白噪聲幅度相交的頻率。在上面的例子中，這個角出現在 120 Hz 左右。此 1/f 轉折的頻率會根據放大器的設計和工藝技術而變化，但 1/f 噪聲始終存在。如果輸入信號是低頻的，例如應變片、壓力傳感器、熱電偶或任何慢速移動的傳感器信號的輸出，這種低頻噪聲可能會非常成問題。

如何消除放大器設計中的“閃爍噪聲”？

那么，如何處理這種占主導地位的低頻噪聲呢？由于帶寬很小，試圖在不影響目標信號的情況下濾除這種噪聲幾乎是不可能的。然而，所有的希望并沒有喪失。雖然系統設計人員無法控制放大器的內部1/f噪聲，但設計人員可以通過為應用選擇合適的放大器來最小化該噪聲源。如果1/f噪聲是一個大問題，那么選擇零漂移放大器是最佳解決方案。

行業標準術語“零漂移”是指使用連續自校正架構的任何放大器，無論它是自穩零拓撲、斬波穩定拓撲還是兩者的混合。無論采用何種特定架構，零漂移放大器的目標都是使失調和失調漂移最小。在此過程中，共模和電源抑制等其他直流特性也得到了極大的改善。這些自校正架構的另一個關鍵優勢是，1/f噪聲作為失調校正過程的一部分被消除。該噪聲源出現在輸入端，移動相對較慢，因此它似乎是放大器失調的一部分，并得到相應的補償。這導致放大器具有平坦的本底噪聲，一直延伸到直流。

圖2所示為采用斬波穩定架構的零漂移運算放大器的典型噪聲波形。如上所述，消除了1/f噪聲，從而產生平坦的本底噪聲，一直到直流。

這種砍伐架構的一個缺點e是調制的噪聲能量，以顯示在斬波時鐘頻率及其奇次諧波周圍。幾乎所有斬波穩定放大器都包括內部低通或陷波濾波器，可顯著衰減這種噪聲。斬波穩定放大器的另一個與噪聲相關的特性是它們表現出一些噪聲峰值;在本例中，它約為 19 kHz。這是由于多路徑拓撲結構以及需要補償路徑的每個部分，同時還要滿足整體放大器設計目標，例如單位增益穩定性和適當的建立行為。對于低頻應用，通過使用低通濾波或為放大器配置更高的閉環增益，可以更容易地降低這種較高頻率的噪聲，這樣這部分噪聲頻譜就會由于放大器的增益滾降而顯著衰減。

閃爍或1/f噪聲是一種影響所有電子設備（包括運算放大器）的物理現象。但是，這種噪聲源不一定是低頻數據采集系統的限制。除了提供低初始失調和低失調漂移等卓越的直流性能外，零漂移放大器還具有消除1/f噪聲的額外優勢，這對于低頻應用至關重要。

審核編輯：郭婷