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国半TI和BB公司两大高精密运放王噪声巅峰对决,全程实例说话
来源: 未知 发布时间: 2017-10-17 浏览次数:101

carradio耳放是一个设计相对严谨的运放耳扩,使用两个9v电池获得便携的性能,原机使用了NE5532 8倍放大 加 大电流运放 LM4556 做缓冲输出,可以驱动低阻耳机。

原作者在发布Carradio耳放后半年时间,推出了一个改善线路,主要是讲原设计的330k/47K的反馈网络修过为47K/10k,降低了增益和源阻,以获得更高的信噪比。

由于手头并没有值得信赖的dale 金属膜电阻,且原机线路的噪声已经十分之低,不仔细听根本听不出,所以希望理论评估一下这个改善到底能降低多少,从网上找了不少计算运放的公式和模板,也下载了ti的噪声计算工具,结果是这个改变将降低一半的噪声,理论计算将从80uV 降低40uV RMS,这个改善对我不具备吸引力,所以还是希望保留原来的设计。

手头有一个BB的运放王 OPA2132,具备极高的转换速率,极低的噪声 10nv根号hz, 极低的失真, 换上后原感觉应该比原机的5532噪声会大一点,5532的电压噪声是5nV根号hz,5532实测是90uv左右,但换上OPA2132后噪声实测反而下降,仅70多uV,比5532低20%。这个开始以为是元件离散性,后来才明白自己忽略了一个参数。。以后再说

过了几天,国半的新一代运放王 LM4562到了,这个运放王的指标刷新了音频应用的所有记录,全球最低失真的运放,最高开环增益的运放,具备比OPA2132更低的失真和噪声,电压噪声密度仅2.7nV,比OPA2132的 电压噪声密度小4倍!datasheet 的对比见下图:








原本满心希望用了LM4562后可以获得比OPA2132更低的噪声,但换上之后一测,噪声电压居然到了250uV之多,比5532和OPA2132高了3~4倍,也就是10个dB左右,赶紧带上耳机听,非常明显的白噪声,于是做了以下试验验证是否是线路出了问题

- 换上LM358臭肉运放,噪声明显也比LM4562低。。
- 示波器看波形,10Hz~100KHz全程没有失真和自激甚至没有过冲,中规中矩
- 测试电流,符合spec范围
- 盖上盖子,插上负载,噪声没有减少
- 元件绝对是原装的,问题在哪里呢?

赶紧短信给什锦菜求救,什锦菜回复对运放研究不多。。

自己赶紧网上找资料,一片溢美之声,都说4562噪声小,音质好
终于峰回路转,找到了一片关于运放AD797和LM4558的噪声对比, LM4558是10多nv的电压噪声密度, AD797只有1个nv不到,然后在不同的源阻下两者噪声水平完全相反,低源阻下 AD797完胜,高源阻下 4558的噪声水平远优于上百倍高价的AD797,原因是 AD797的电流噪声密度几百倍高于 4558,这个电流噪声密度一般是pA级别或者fA级别,也就是10的负12或者15次方,一般人不会注意,但是对于数十k的源阻来说,影响已经远远超过了运放等效电压输入噪声的影响。。

于是想到用仿真软件来仿真噪声水平,先后下载了NI的仿真软件和Ti的仿真软件,但是可惜LM4562的仿真库是针对spice的,不能在Ni和Ti的仿真软件下使用,只能在orcad的仿真软件下使用,所以一天没有进展,期间什锦菜给我了些资料,关于运放的电流和电压密度噪声的计算和原理,日本人写的,非常好,明白了1K源阻下要选择低噪声运放如 AD797之类的,几k几十k的可以用双极op,几十几百k的用fet,以扬长避短。。。

但,还是不安心,通过一个晚上的努力,终于搞定了 LM4562的mod,将其转化为tina的lib, 这个LM4562和LME49860是一个仿真库的。

早上仿真了下不同源阻,不同op下的噪声




carradio原机线路 330K/47K,使用LM4562的噪声






carradio原机线路 330K/47K,使用LM4562的噪声




以上对比很明显看出, 在原机线路下, LM4562的噪声比opa2132大三倍, 和实际测量结果非常接近。

然后改变仿真条件,用10k/1K的反馈网络 (10倍放大)来模拟噪声情况

OPA2132在 1K源阻下的噪声,比40K源阻下大大下降




国半运放王 LM4562 在 1K源阻下的噪声,比40K源阻下大大下降,而且下降幅度更大,已经把OPA2132远远甩在后面了,这个时候国半运放王的低噪声终于狰狞再现在我们的面前








增加一个全家福,可以清楚看到对比状况



到此,问题已经完全搞清,怪不得LM4562的datasheet和application note的 例子都是精密波形发生,磁头放大,动圈唱头放大等低源阻应用,也就是说国半的运放王仅适合于低信号源内阻的放大,比如专业的600欧放大转化等。。因为设计为了保证起低电压噪声,所以输入的bias很大,导致电流噪声较大,数据表中国半的电流噪声密度是1.6PA 根号Hz级别,比OPA的电流噪声密度几个fA差了数百倍,这样导致源阻升高的时候,OPA2132的噪声增加的不显著,而LM4562却大大提高,在本案中简直成了噪声王。所以设计还是要仔细看datasheet,很多时候不是datasheet错了,而是你没有注意到datasheet中的一些细节,同理,5532和OPA2132的比较也是如此,考虑到电流噪声密度,在普通应用中,选择FET输入的往往比较合适,通用性也强,也不容易引起振荡。

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