2004年10月A版
低噪声放大器的研发会促进RF/无线应用的发展。而对于较低频率的模拟应用(如缓冲数据转换器，放大应变片信号，前置放大麦克风输出)，噪声也是一个关键考虑因素。在选择放大器前，工程技术人员首先必须了解噪声参量，以确定放大器是否为低噪声。另外，了解IC的内部结构(双极型，JFET输入或CMOS输入型)对于决定噪声参量也是完全必要的。

噪声参量
尽管有很多参量用来标定放大器的噪声性能，但两个最重要的参量是电压噪声和电流噪声。电压噪声定义为放大器输入短路、无其他噪声输入时的电压起伏。电流噪声定义为放大器输入开路、无其他噪声时输入端的电流起伏。

图1 典型的电压噪声密度与频率关系曲线，它依赖于两个主要的噪声分量：闪烁噪声和散粒噪声。闪烁噪声或1/f噪声与频率成反比，在频率低于200Hz 时它是主要的噪声源

图2 放大器电路的源阻抗是主要的噪声源。随着源阻抗的增大，电流噪声成为噪声中的主导成份

图1示出电压噪声密度与频率的关系曲线。噪声曲线依赖于两个主要的噪声分量：闪烁噪声和散粒噪声。闪烁噪声是所有线性器件固有的随机噪声，它也称之为1/f噪声，其幅度与频率成反比。在频率低于200Hz时，闪烁噪声通常是主要的噪声源。1/f角频率是高于噪声幅度趋于平坦并与频率无关时对应的频率。正向偏置pn结的电流起伏所引起的散粒噪声(白噪声)会出现在此频率范围。注意，电压噪声的1/f角频率与电流噪声的1/f角频率可能是不同的。
放大器电路的总噪声依赖于所选放大器、  电路阻抗、增益、电路带宽和环境温度。来自电路外部电阻器的热噪声也是总噪声计算的一部分。图2示出放大器和有关噪声分量的实例。
对于给定频率，运放总输入噪声的标准表示式为：
     (1)
其中Rn为反相输入端等效串联电阻，Rp为同相输入端等效串联电阻，en为给定频率的输入电压噪声密度，in为给定频率处的输入电流噪声密度，T为环境温度(ok),k为波耳兹曼常数(1.28×10-23J/oK)。

图3 CMOS输入低噪声放大器具有与高输入阻抗相关联的非常低的输偏置电流和失调电压，使得这种放大器特别适合于高阻抗源的信号调理(如光电二极管前置放大器)

图4 低噪声性能和低输入偏置电流，使CMOS输入放大器成为缓冲16位DAC输出的理想选择

上式示出在带宽内电压和电流噪声不变化情况下如何计算总噪声。这通常是在放大器频带的低端高于电压噪声和电流噪声的1/f频率时的情况。若电压噪声和电流噪声在带宽内是变化的，则计算所涉及的因素会更多。
根据方程(1)和图2很容易看清电路源阻抗对噪声的影响。在低源阻抗系统，电压噪声是主要的噪声来源。随着等效源阻抗的增大，电阻器噪声成为主要的噪声来源，最终使得来自放大器的电压噪声可以忽略。随着源阻抗进一步增大，电流噪声成为主要噪声来源。
注意，性能与放大器设计有关。低噪声放大器的3种通用设计是双极型，JFET输入和CMOS输入型。每种设计都可提供低噪声性能，但它们的性能是不同的。
双极放大器

为了保证双极型运放的低电压噪声，IC设计人员在输入级设立高集电极电流，而电压噪声与输入级集电极电流的平方根成反比。然而，运放电流噪声正比于输入级集电极电流的平方根，因此，外部反馈和源电阻必须最小以便达到良好的噪声性能。注意，输入偏置电流与输入级集电极电流成比例，所以，必须使源电阻最小，以保持偏置电流引起的失调电压是小的。
双极型放大器的电压噪声在其等效源电阻小于200Ω时一般是主要噪声源。大输入偏置电流与相当大的电流噪声连系在一起，这使双极型放大器最适合于低源阻抗的应用。

JFET输入放大器

CMOS输入放大器

表1列出三种输入级放大器的比较。没有一种放大器对所有应用都是最好的选择。然而，带CMOS输入级的最新放大器对低频模拟应用提供最佳的折衷方案。

结语
没有一种放大器对于所有应用总是最好的选择。然而，所有条件都相同时，具有CMOS输入级的最新放大器(如MAX4475)为几乎所有前端应用(特别是高源阻抗、宽带电路)提供最佳的噪声性能。