Четыре буфера с полевыми транзисторами снижают шум вдвое

Во многих электронных схемах требуется устройство, изолирующее или отделяющее одну цепь от другой. Это специальное устройство называется буфером. Буфер – это усилитель с единичным усилением, который имеет чрезвычайно высокое входное сопротивление и чрезвычайно низкое выходное сопротивление. Это означает, что буфер можно смоделировать как управляемый напряжением источник напряжения с коэффициентом усиления, равным единице. Поскольку в идеале буфер имеет бесконечное входное сопротивление, эффект нагрузки отсутствует, так что V_IN = V_OUT. Кроме того, выходное напряжение буфера не зависит от сопротивления нагрузки, поскольку выходное сопротивление идеализированного буфера практически равно нулю. Поместив буфер с единичным усилением между цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) и выходом, можно легко решить проблему нагрузки.

При добавлении в систему буфера с единичным коэффициентом усиления важно сохранить точность и рабочие характеристики. Наиболее важным моментом является расчет вносимого шума:

где

e_n – плотность шума входного напряжения буфера,
i_n – плотность шума входного тока буфера,
f – полоса пропускания устройства по входу (Гц).

В схеме на Рисунке 1 каждый канал имеет чрезвычайно низкий токовый шум (0.8 фА/√Гц) – намного меньше напряжения шумов (13 нВ/√Гц). Поэтому, когда требуется снизить уровень шума в системе, очень важно уменьшить этот шум напряжения. Шум напряжения можно уменьшить, включив несколько буферов параллельно. Например, два параллельно включенных буфера уменьшают шум напряжения в √2 раз, или все четыре параллельно включенных буфера работают как один буфер с вдвое меньшим шумом. Недостатками этого метода являются увеличение тока смещения, токового шума и входной емкости, но в данном случае этими результатами можно пренебречь. Поместите между выходами низкоомный резистор, например, 50 Ом, чтобы избежать протекания дополнительного тока из-за небольших различий между каждым выходом. Для приложений, менее чувствительных к потребляемой мощности, эти 50-омные резисторы можно не использовать, чтобы увеличить доступный выходной ток.

Рисунок 1.	Малошумящий буфер AD8244.

Схема на Рисунке 1 представляет собой конфигурацию буферного усилителя, которая вдвое снижает шум напряжения. AD8244 – это счетверенный буфер с полевыми транзисторами на входах. имеющий уникальные характеристики. Максимальный ток смещения 2 пА, стремящийся к нулю токовый шум и входное сопротивление 10 ТОм практически не вносят ошибок, даже при сопротивлениях источника, достигающих мегаом. Это устройство с низким напряжением шумов, широким диапазоном напряжений питания и высокой точностью также достаточно гибко, чтобы обеспечить высокий уровень характеристик везде, где требуется буфер с единичным усилением, даже при низком сопротивлении источника.

На Рисунке 2 представлено сравнение шумовых характеристик обычного одноканального буфера и буфера AD8244, использующего четыре канала, включенных параллельно.

Рисунок 2.	Характеристика буфера AD8244: шум составляет половину от шума нормального буфера.

Материалы по теме

1. Datasheet Analog Devices AD8244