目前在讨论到低噪声放大器时通常都会想到射频与无线应用，但事实上噪声对于低频的模拟应用，如数据缓冲转换、应变（strain-gauge）信号放大与麦克风输出信号预放等都有相当重要的影响，因此在选择适合的放大器之前，设计工程师必须要先了解并决定放大器是否拥有低噪声特性的相关噪声参数，同时，也必须要明白不同型式的芯片，如双载子、JFET输入或CMOS输入等在这些参数上的差异。

噪声参数

虽然有许多参数会影响放大器的噪声效能，但最重要的两个参数分别为电压噪声与电流噪声，电压噪声定义为无其他噪声情况下放大器输入短路时出现在输入端的电压变动，电流噪声则定义为无其他噪声情况下放大器输入开路时出现在输入端的电流变动。

描述放大器噪声的常见方式为噪声密度（noise density）或定点噪声（spot noise），电压噪声密度以nV/为单位，电流噪声密度则通常以pA/为单位，几乎在所有的低噪声放大器数据规格书中都可以找到这些数值，同时通常会以两个频率来提供，分别为低于200Hz的闪动噪声（flicker noise）部份以及位于1kHz的平坦频带部份，为了简单起见，这些测量值通常都以放大器的输入端为基准，以便免除要考虑放大器增益的困扰。

(图一)是一个电压噪声密度相对于频率的典型曲线，噪声曲线主要受到两个噪声成份影响，分别为闪动噪声与散粒噪声（shot noise），闪动噪声是所有线性组件都存在的随机噪声，同时也称为1/f噪声，主要因为它的振幅大小与频率成反比，同时它也通常是频率低于200Hz时最主要的噪声来源。1/f角频率定义为噪声大小接近一致而且不受频率变化影响的起始频率，另一方面，散粒噪声，也就是因前向偏压pn接面上电流变动所造成的白噪声则会出现在这个频率范围内，需注意的是，电压噪声的1/f角频率与电流噪声的1/f角频率不一定会相同。

《图一 电压噪声密度相对于频率的典型曲线图，主要受到两个噪声成份的影响，分别为闪动噪声与散粒噪声。闪动噪声或1/f噪声与频率成反比，是频率低于200Hz时的主要噪声来源。》

放大器电路的整体噪声会依所选用的放大器、外部电路阻抗、增益、电路带宽与环境温度而有所不同，由外部电路电阻所造成的热噪声同时也是整体噪声的一部份，(图二)为放大器与相关噪声成份的一个范例。

《图二 放大器电路的源阻抗会决定主要的噪声成份，当源阻抗升高时，电流噪声就成为主要的噪声来源。》

特定频率下运算放大器整体输入相关噪声的标准表示式为：

《公式一》

(公式一)是特定频率下以带宽函数代表噪声的表示式，要计算整体的噪声，必须将以nV/为单位的et乘以目标带宽的平方根，例如，如果放大器电路的频率范围为100Hz到1kHz，那么以下的表示式就是这个频率范围内的整体噪声：

《公式二》

以上的例子显示了电压与电流噪声在整个带宽内不变时整体噪声的计算方式，这通常适用于放大器电路带宽的较低频率值高于运算放大器的电压与电流噪声1/f频率的情况下，如果电压与电流噪声在整个频率范围内会有所变动，那么整个计算式就需要更详细。

由方程序(一)与图二可以很容易地看出电路源阻抗对整个噪声的影响，在源阻抗较低的系统中，电压噪声是主要的噪声来源，当等效来源阻抗增加时，电阻噪声则逐渐占有主要的地位，使得放大器的电压噪声变得可以被忽略，当源阻抗持续增加，电流噪声就会成为噪声的主要决定因素。

噪声效能是放大器设计的一个函数，三种常见的低噪声放大器设计分别为双载子、JFET输入与CMOS输入，虽然每种设计都能提供低噪声的特性，但在效能表现上则不尽相同。

双载子放大器

双载子放大器一直是低噪声放大器的最常见选择，低噪声双载子放大器，如MAX410就提供了相当低的输入电压噪声密度（1.8nV/）与相对较高的输入电流噪声密度（1.2pA/），这类放大器的单位增益（unit-gain）带宽大多低于30MHz。

为了确保能够从双载子运算放大器取得较低的电压噪声，芯片设计工程师通常会在输入端安排高集极电流，原因是电压噪声与输入端集极电流的平方根成反比，但是运算放大器的电流噪声却又正比于输入集极电流的平方根，因此外部的回馈与源电阻必须要尽可能降低以得到较好的噪声效能。请注意输入偏压电流与输入集极电流成正比，因此必须要将源电阻尽量降低以便将因偏压电流所带来的偏移电压降到最低。

双载子放大器的电压噪声在它的等效源电阻低于200Ω时通常占有绝对的地位，较大的输入偏压电流以及相对较大的电流噪声使得双载子放大器最适合低源阻抗的应用。

JFET输入放大器

与双载子设计比较，最佳的JFET输入低噪声放大器拥有超低的输入电流噪声密度（0.5fA/）但却较高的输入电压噪声密度（高于10nV/），JFET设计可以使用单一电源运作，而1pA的输入偏压电流也使得JFET放大器适合高阻抗源应用，但在低源阻抗的应用上，由于JFET的电压噪声较大，因此通常不是设计工程师的第一选择。

CMOS输入放大器

更新型的CMOS输入低噪声放大器设计提供了与双载子设计同等级的电压噪声效能，但同时还能符合甚至超越最佳JFET设计的电流噪声效能。CMOS输入放大器拥有低输入电压噪声密度（4.5 nV/）与低输入电流噪声密度（0.5fA/），同时在单电源下运作时拥有超低的失真（0.0002％ THD+N），这些特性使得CMOS输入放大器成为需要低失真与低噪声，如音频预放电路等的最佳选择，同时，CMOS输入设计也具有相当低的输入偏压电流、低偏移电压与相当高的输入阻抗，使得这些组件相当适合应用在高阻抗源的信号整型，如(图三)中的光二极管预放电路，(图四)则为16-bit DAC的输出缓冲电路。

《图三 采用CMOS输入的低噪声放大器拥有相当低的输入偏压电流与偏移电压以及相当高的输入阻抗，使得它们非常适合高阻抗信号源，如光二极管预放大器等的信号整型功能。》

《图四 低噪声效能与低输入偏压电流使得CMOS输入放大器成为16-bit DAC输出缓冲的理想选择》

结论

事实上没有一种放大器可以适合所有的应用，但经过参数比较后，使用CMOS输入的最新放大器产品就提供了几乎所有前端应用的最佳噪声效能组合，特别是高源阻抗的宽带带电路。（作者任职于Maxim Integrated Product）