Влияние шумовых показателей интегральных операционных

УДК 621.38(06) Электроника
Т.М. АГАХАНЯН
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ВЛИЯНИЕ ШУМОВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ИНТЕГРАЛЬНЫХ
ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
И КОМПАРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЙ НА ТОЧНОСТЬ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ОБРАБАТЫВАЕМЫХ СИГНАЛОВ
Рассматриваются влияния шумовых показателей ИОУ и ИКН на точностные
характеристики предусилителей, дискриминаторов, АЦП и ЦАП и обсуждаются
методы повышения коэффициента шума указанных устройств.
Влияние шумовых показателей особенно существенно влияет на характеристики малошумящих усилителей, дискриминаторов, аналогоцифровых преобразователей и цифро-аналоговых преобразователей.
Следует отметить, что определение шумовых показателей указанных
устройств по величине коэффициента шума Fш, определяемого как отношение сигнал/шум на входе, не допустимо. Дело в том, что спектральные
составы шумовых сигналов и обрабатываемых входных сигналов, как
правило, существенно отличаются друг от друга, поэтому они и усиливаются в разной степени. Поэтому отношение сигнал/шум на выходе и на
входе не могут быть одинаковыми, как это утверждается в работе [1].
Определяющим все же является отношение сигнал/шум на выходе
устройства, поэтому решение рассматриваемых вопросов требует установить деградацию первичных шумовых параметров с определением на их
основании среднеквадратичного уровня шумового сигнала на выходе рассматриваемого устройства U вых.ш.
Влияние шумовых показателей электронных усилителей и дискриминаторов учитывается прямо на стадии проектирования. При этом проектирование двух основных видов малошумящих усилителей, так называемых усилителей с противошумовой коррекцией [2] и зарядочувствительных усилителей [3,4] проводится по разработанной в указанных работах методике с учетом радиационной деградации, как первичных
шумовых показателей, так и сигнальных параметров. Аналогично можно
произвести проектирование дискриминаторов на ИКН. При этом для
оценки спектрометрических показателей и погрешности временных измерений (в виде основной шумовой характеристики, так называемой, джиттера) требуется приведение к входу устройства среднеквадратичного зна______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
159
УДК 621.38(06) Электроника
чения шумового напряжения. С достаточно высокой точностью эту операцию можно реализовать на основании формулы
U вх.ш. = U вых.ш / Ku,
где Ku – среднее значение коэффициента усиления. Следует подчеркнуть, что приведенное к входу шумовое напряжение U вх.ш принципиально
отличается от фиктивного отношения аналогичной величины, определяемой через коэффициент шума Fш, поскольку Fш выражается не через
усредненное значение шумовых сигналов с учетом характеристик усилителя или дискриминатора, а их мгновенными значениями первичных шумовых параметров на данной частоте [5].
Аналогично можно учитывать деградацию шумовых показателей АЦП
и ЦАП при их проектировании. При проектировании АЦП учет шумовых
показателей можно производить соответствующим выбором эффективных
разрядов N через SINAD, представляющий собой реальное значение отношения сигнал / (шум + искажение), т.е.
N = (SINAD – 1,76)/6,02,
Однако АЦП и ЦАП используются в виде готовых микросхем [6], поэтому задача сводится к определению погрешностей, которые возникают
из-за действия шумовых показателей отдельных блоков АЦП или ЦАП.
При этом шумовые показатели определяются повторяющимся преобразованием фиксированного входного сигнала. Для получения спектра
шумового сигнала, производится запись большого числа преобразования,
в результате которого получается некоторое распределение кодов, с последующей обработкой данных по методу Ханна.
Список литературы
1. Noise reduction techniques in electronic systems/ Ott H.W.// A Wiley – Interscience publication John Wiley & Sons. New Yorc. 1976
2. Агаханян Т.М. Импульсные предусилители на аналоговых интегральных микросхемах с противошумовой коррекцией // Микроэлектроника.-1998.-Т.27.-N1.-С.35-44.
3. Агаханян Т.М. Зарядо-чувствительные предусилители на малошумящих аналоговых
интегральных микросхемах// Микроэлектроника-1997.-Т.26.-N3.-С.188-198.
4. Агаханян Т.М. Проектирование зарядо-чувствительных предусилителей на малошумящих аналоговых интегральных микросхемах// Микроэлектроника-1998.-Т.27.-N6.-С.460474.
5. Агаханян Т.М. Шумовые показатели предусилителей на аналоговых интегральных
микросхемах // Микроэлектроника-1997. Т.26.-N5. С.336-346.
6. Стенин В.Я. Электронные системы с дискретизацией сигнала. М.:МИФИ, 1997.167 с.
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
160