Herzlich Willkommen beim beam-Verlag in Marburg, dem Fachverlag für anspruchsvolle Elektronik-Literatur.


Wir freuen uns, Sie auf unserem ePaper-Kiosk begrüßen zu können.

Aufrufe
vor 3 Jahren

11-2020

  • Text
  • Technik
  • Verstaerker
  • Antennen
  • Komponenten
  • Technik
  • Radio
  • Filter
  • Oszillatoren
  • Quarze
  • Emv
  • Wireless
  • Messtechnik
  • Bauelemente
  • Frequenzen
  • Filter
  • Stromrauschen
Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik

Messtechnik Stromrauschen in Verstärkern mit FET-Eingang (1) Warum rauscht meine Schaltung bei höheren Frequenzen stärker? Auf diese Frage geht der zweiteilige Artikel ein. Autor: Kaung Win Senior Field Applications Engineer Analog Devices www.analog.com Das Phänomen, dass das Stromrauschen mit ansteigender Frequenz zunimmt, ist ICund Schaltungs-Entwicklern bekannt. Es war vielen Ingenieuren jedoch nicht zugänglich, weil es entweder zu wenige Fachartikel auf diesem Gebiet gab oder weil die Informationen der Halbleiterhersteller unvollständig waren. Viele Datenblätter von Halbleiterherstellern, darunter auch diejenigen von ADI, spezifizieren das Stromrauschen eines Verstärkers typischerweise bei 1 kHz. Es ist nicht immer klar, wie Rauschspezifikationen zustande kommen. Wurden sie gemessen oder theoretisch hergeleitet? Einige Hersteller sind in dieser Hinsicht transparent und geben an, die Spezifikation nach der folgenden Gleichung zu berechnen: (1) Diese ist als Schrotrauschen- Gleichung bekannt. Seit jeher spezifiziert ADI die Rauschzahlen seiner meisten Produkte auf diese Weise. Doch gilt dieser berechnete Wert bei allen Verstärkern für Frequenzen bis 1 kHz? Auf den Zahn gefühlt In den letzten Jahren interessierte man sich vermehrt für die Frequenzabhängigkeit des Stromrauschens von Verstärkern. Einige Kunden – wie auch Hersteller – gehen davon aus, dass das Stromrauschen von Verstärkern mit FET-Eingang einen ähnlichen Frequenzverlauf aufweist wie das von Verstärkern mit bipolarer Eingangsstufe, das sich z.B. aus einer Flickerrauschkomponente (1/f) und einer flach verlaufenden Breitbandkomponente zusammensetzt (Bild 1). Das ist bei Verstärkern mit FET-Eingang jedoch nicht der Fall. Gemäß Bild 2 weisen FETs eine bizarr anmutende Rauschcharakteristik auf, über die wenig bekannt ist und die in vielen Simulationsmodellen nicht korrekt abgebildet wird. Bevor wir darauf eingehen, warum das so ist, wollen wir uns kurz die Messanordnung anschauen. Auf die Messanordnung kommt es an Es braucht eine einfach zu reproduzierende, zuverlässige Messmethode, die auf viele unterschiedliche Bauteiltypen anwendbar ist. Für die Messungen kann das Verstärker-Evalutionsboard DC417B verwendet werden. Die zur Speisung des Messobjekts (DUT) verwendete Stromversorgung muss rausch- und driftarm sein. Lineare Stromversorgungen sind Schaltnetzteilen vorzuziehen, um Einflüsse von Schaltrauschen und ähnlichen Artefakten auf die Messung auszuschließen. Das Ausgangsrauschen der Bild 1: Stromrauschen des bipolaren Verstärkers AD8099 Bild 2: Stromrauschen des Verstärkers AD8065 mit FET-Eingang 40 hf-praxis 11/2020

Messtechnik Bild 3: Messanordnung Laborstromversorgung lässt sich mithilfe der ultrarauscharmen Linear-Nachregler LT3045 (positiv) und LT3094 (negativ), die sich durch eine extrem hohe Störunterdrückung (PSRR, power supply rejection ratio) auszeichnen, weiter reduzieren. Bei Verwendung der Linearregler LT3045 und LT3094 kann über einen einzigen Widerstand die benötigte Ausgangsspannung im Bereich von +15 V bis -15 V eingestellt werden. Diese beiden Bausteine sind ideale Nachregler für rauscharme Messungen. Bild 3 skizziert die Messanordnung. Zur Umsetzung des Stromrauschens in eine Rauschspannung dient ein 10-GOhm- SMT-Widerstand von Ohmite (HVC1206Z1008KET) am nichtinvertierenden Eingang des Messobjekts. Der typische Bias- Strom von Verstärkern mit FET- Eingang beträgt etwa 1 pA, was 0,57 fA/Hz entspricht, sofern die Gleichung (2) gilt. Das thermische Rauschen der 10-GOhm-Quellimpedanz beträgt: (3) Daraus resultiert ein Stromrauschen der Messanordnung von (4) das bei der Auswertung der Messergebnisse herausgerechnet werden kann. Allerdings sind keine genauen Messungen möglich, wenn das Stromrauschen des Widerstands das Stromrauschen des Messobjekts übersteigt. Deshalb benötigen wir einen Widerstandswert von mindestens 10 GOhm, um das Rauschen des Messobjekts beobachten zu können. Bei 100 MOhm würde das thermische Rauschen der Quellimpedanz Bild 4: RSS-Addition auf der Basis des Verhältnisses zweier Werte Bild 5: Ausgangsbezogene Rauschspannungsdichte hf-praxis 11/2020 41

hf-praxis

PC & Industrie

© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel