60dB 58MHz 高增益宽带低噪声放大器 电源纹波与噪声测试

该放大器采用两级OPA892单运放级联，输入阻抗1010Ω，输出阻抗50Ω，可以用来放大线性电源纹波与噪声等微弱信号。

输入与输出端子采用BNC-KWE弯母头（淘宝买的），屏蔽壳尺寸为55mm*45mm*16mm（淘宝买的），电源开关采用SS-22D10拨动开关（淘宝买的，通用MTS-202钮子开关）。

9V电池盒通过纳米双面胶粘在电路板底部（胶带厚度需要大于3mm，否则电池盒会被BNC插座引脚顶住），两节电池串联点焊接至顶部GND焊盘，负极线焊接至开关VEE焊盘，正极线焊接至开关VCC焊盘，构成±9V供电，其余三个底层焊盘用于万用表测试电池电压。

若用于测试电源纹波与噪声，建议待测电源不大于12V（耦合电容采用Nichicon UES1C221MPM无极电解电容，容值220uF，耐压16V），第一级OPA892同相输入端前的LL4148，10Ω电阻，1000uF电解电容构成输入限流保护，可以避免耦合电容充电未完成时，大于9V的直流进入运放造成损坏。但测试电源时，仍建议让放大器与关机状态的待测电源连接后再开启待测电源，而不是让放大器突然连接正在输出的待测电源。

10Ω输入限流电阻、2枚并联的100Ω输出电阻均需使用高额定功率且具有抵御脉冲能力的电阻，本设计中采用的是CRCW060310R0FKEAHP（10Ω，333mW）与CRCW0603100RFKEAHP（100Ω，333mW），电路其余电阻均采用0.1%精度低温漂贴片电阻。

两级OPA892输入均采用220uF无极电解电容 + 0.1uF MLCC (X7R) + 1nF MLCC (COG)耦合，偏置电阻均采用1kΩ，

即 Cin = 220.1uF，Rbias = 1kΩ，两级级联收缩系数m = √(√2-1) = 0.6436

下限截止-3dB频率 = (1/(2π * Rbias * Cin)) / m = 3.8Hz

输入电压噪声密度理论计算（设室温T = 300K）：

反馈电阻Rf = 398.1Ω，反相端对地电阻Rg  = 13Ω，第一级同相端限流电阻Rlimit = 10Ω，

反馈网络等效阻抗Req = Rf*Rg / (Rf+Rg) = 12.589Ω，第一级增益G1 = 1 + Rf/Rg = 31.623，

OPA892理论电压噪声e0 = 0.95nV/√Hz，限流电阻电压噪声eRlimit = √(4kT *  Rlimit) = 0.407nV/√Hz，反馈网络电压噪声eReq = √(4kT *  Req) = 0.457nV√Hz，

第一级总等效输入噪声e1 = √(e0^2 + eRlimit^2 + eReq^2) = 1.13nV√Hz，

第二级总等效输入噪声e2 = √(e0^2 + eReq^2) / G1 = 0.033nV√Hz

电路总等效输入噪声e = √(e1^2 + e2^2) = 1.13nV√Hz

实测伯德图（10MHz及以下数据由示波器测得，10MHz以上数据由LiteVNA测得，即LiteVNA测得3dB带宽约为57.66MHz）：

使用示波器校验3dB带宽：信号源输出信号通过电阻式功分器后一路进入CH2，另一路经过40dB衰减器后进入放大器输入端（即CH2测得峰峰值约为放大器输入峰峰值的100倍），放大器输出端接CH1。当CH2测得约100mVpp时（即放大器输入信号约为1mVpp），CH1测得约707mVpp，即此时增益约为57dB，此时CH2测得频率约为58.82MHz，即示波器测得3dB带宽约为58.82MHz，与LiteVNA测试结果相近。

实测输出噪声（开启20MHz带宽限制）：15.15mVrms

实测输出噪声（全带宽）：22.869mVrms

测试方法：放大器输入端接BNC短路帽，输出端通过长度10cm以内的BNC同轴线连接示波器

电池可供电时长估算（假设电池放电范围约为9V~6V，电池可用容量约为450mAh~550mAh）：

OPA892静态电流 I1 = 2 * 7.5mA = 15mA，

LED指示灯静态电流  I2 = 2 * ( (9V - 3.3V) / 10kΩ ) = 1.14mA，

泄放电阻静态电流 I3 = 2 * (9V / 18kΩ) = 1mA，

总静态电流 I = I1 + I2 + I3 = 17.14mA,

电池可供电时长 t = (450 mAh~ 550mAh) / I = 26.3h ~ 32.1h，

若示波器采用50Ω输入且放大器连续输出较大幅值信号，电池可供电时长会小于估算值。