国半和BB公司两大运放王噪声巅峰对决，全程实例说话(增加了全家福曲线)

leowood · 发表于 2009-4-20 10:47

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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All that we see or seem is but a dream within a dream

迷失的人迷失了，相逢的人会再相逢

卡西利亚斯 · 发表于 2009-4-20 10:53

opa2132是jfet输入的，所以ib比较小，
LM358，5532等等都是bjt输入的，众所周知的是BJT是电流驱动而FET是电压驱动。
当然也有CA3140这些用BIMOSFET驱动，但是这个是精密电路或仪头驱动的，
LZ如果是按OP+BUFFER测试的话，结果不怎么可信，因为还要加上BUFFER上的问题。
如果单是OP测试呢，基本还有点说服力，这里楼主并没有在文中仔细说明。

此外就是不管LZ是不是马甲，能发这种帖子实在难得，表扬一下~~

当然，我的对降低偏流的意见有两个，
1换FET输入，2调整电流网络。
当然和楼主的做法应该80%接近

wenseng · 发表于 2009-4-20 11:10

学习了

发烧友 · 发表于 2009-4-20 11:16

我手头上有颗4562。。不过从来不搞超过5倍放大的电路。更不用说10倍了。。没有什么仪器测试，只靠耳朵和万用表，感觉它比5532之类的优秀很多。哈。价格都贵好多

leowood · 发表于 2009-4-20 11:33

原帖由 发烧友 于 2009-4-20 11:16 发表
我手头上有颗4562。。不过从来不搞超过5倍放大的电路。更不用说10倍了。。没有什么仪器测试，只靠耳朵和万用表，感觉它比5532之类的优秀很多。哈。价格都贵好多

和倍不倍没有关系，这里的我们不谈感觉，因为感觉不可靠。。

leowood · 发表于 2009-4-20 11:34

原帖由 卡西利亚斯 于 2009-4-20 10:53 发表
opa2132是jfet输入的，所以ib比较小，
LM358，5532等等都是bjt输入的，众所周知的是BJT是电流驱动而FET是电压驱动。
当然也有CA3140这些用BIMOSFET驱动，但是这个是精密电路或仪头驱动的，
LZ如果是按OP+BUF ...

发帖和马甲有啥关系呢，不解。。。

esvs · 发表于 2009-4-20 11:40

二楼好专业。。学电路的？

nikou · 发表于 2009-4-20 11:51

原帖由 发烧友 于 2009-4-20 11:16 发表
我手头上有颗4562。。不过从来不搞超过5倍放大的电路。更不用说10倍了。。没有什么仪器测试，只靠耳朵和万用表，感觉它比5532之类的优秀很多。哈。价格都贵好多

人家说是技术和参数,你却跑来说听感,真是牛头不对马嘴..........PS

调频 · 发表于 2009-4-20 11:56

进来学习一下

redtony · 发表于 2009-4-20 12:02

二楼竟不认识楼主，google下。

卡西利亚斯 · 发表于 2009-4-20 12:34

谈技术的不谈是否认识，不过leowood的确好像在那里见过，正因为见过，才问一句是不是马甲~~~~~~

万一是发帖机器人怎么办~~~~~~~

010501211 · 发表于 2009-4-20 13:28

技术贴。。顶下。。lz写的很好。。谢谢了。。

笑傲江湖 · 发表于 2009-4-20 13:46

围观学习。

dyh2058 · 发表于 2009-4-20 13:56

非常赞同卡西利亚斯的分析，平常我也是这么折腾的

zhangyan · 发表于 2009-4-20 14:14

leowood,广播论坛的老大？

G3K · 发表于 2009-4-20 14:49

请教楼主，DAC后面的 I/V转换用的OP，算不算低信号源内阻呢？也就是说4562适不适合做I/V转换用的OP呢？？
(, 下载次数: 14)

patch · 发表于 2009-4-20 14:56

谈到噪声问题，我向坛友推荐一本书：LON-NOISE ELECTRONIC DESIGN C.D.Motchenbacher F.C.Fitchen JOHN WILEY & SONS,INC 1973 *《低噪声电子设计》[美]C.D.莫特钦巴切尔、F.C.非特钦

leowood · 发表于 2009-4-20 15:19

原帖由 G3K 于 2009-4-20 14:49 发表
请教楼主，DAC后面的 I/V转换用的OP，算不算低信号源内阻呢？也就是说4562适不适合做I/V转换用的OP呢？？
779983

典型的低源阻， 4562的增益线性很好，非常适合I/V 转换

yidayong6 · 发表于 2009-4-20 15:36

仿真软件做的再好也只是仿真的,不可能完全和真实的一样,只能看表面现象和数值,在实物线路里存在电阻的材质,走线的路径,电源的纹波,温度的变化,电磁的干扰,空气的湿润度,甚至和大气压都有关,这都是仿真软件测不到的,不能完全把仿真软件的数值当成真理,具体还要看实际情况.

leowood · 发表于 2009-4-20 16:06

原帖由 yidayong6 于 2009-4-20 15:36 发表
仿真软件做的再好也只是仿真的,不可能完全和真实的一样,只能看表面现象和数值,在实物线路里存在电阻的材质,走线的路径,电源的纹波,温度的变化,电磁的干扰,空气的湿润度,甚至和大气压都有关,这都是仿真软件测不到 ...

说明不懂仿真，那些psrr， cmrr 都已经输入了库，电源纹波，温度变化，电阻公差都是可以仿真模拟的，所以不要想当然认为仿真没用了。。。

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