硬件十万个为什么——运放篇（四）微弱信号放大技巧

如何实现微弱信号放大？
传感器+运算放大器+ADC+处理器是运算放大器的典型应用电路，在这种应用中，一个典型的问题是传感器提供的电流非常低，在这种情况下，如何完成信号放大？

大多数检测固定频率信号（调制信号），可以通过信号的相干性进行检测。但是大多数场景传感器的信号是非调制信号，无法通过相干性进行算法检测。

通过电路设计如何提高信号的信噪比

另有工程师朋友建议，在运放、电容、电阻的选择和布板时，要特别注意选择高阻抗、低噪声运算和低噪声电阻。设计注意事项如下：

要点一、防止干扰：
1)电路设计时注意平衡的处理，尽量平衡，对于抑制干扰有效，这些在美国国家半导体、BB(已被TI收购)、ADI等公司关于运放的设计手册中均可以查到。

2)推荐加金属屏蔽罩，将微弱信号部分罩起来(开个小模具)，金属体接电路地，可以大大改善电路抗干扰能力。如果是大阻抗的传感器，放大电路的输入阻抗也是大阻抗，电路本身就极其容易受到干扰，

要点二、提高器件本底噪声：

1）对于传感器输出的nA级，选择输入电流pA级的运放即可。如果对速度没有多大的要求，运放也不贵。仪表放大器当然最好了，就是成本高些。
2)若选用非仪表运放，反馈电阻就不要太大了，M欧级好一些。否则对电阻要求比较高。后级再进行2级放大，中间加入简单的高通电路，抑制50Hz干扰。

3）关注你信号使用频段的噪声密度，不能只是查看全频段的噪声

例如LT1028的信号噪声，在低频段是比较低，但是

VoltageNoise

1.1nV/√Hz Max at 1kHz

0.85nV/√Hz Typ at 1kHz

1.0nV/√Hz Typ at 10Hz

35nVP-PTyp, 0.1Hz to 10Hz

只标注了1k以下频率的噪声情况，没有标注更高频率的噪声情况。

要点三、电路设计：

尽可能选择刚好满足信号频率的运算放大器，不要把不必要的频段的噪声引入；根据你的使用频段，放大倍数，选择最合适的增益带宽积的运放。

利用跨阻并联电容，减小电路的截止频率（充分考虑带宽需求，相位的需求）

通过以下电路，可以减小噪声，但是前提是，信号源噪声大于器件本底噪声，否则适得其反。

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