Por que usar LNAs em um gerador de ruído?

Na presente Maxim AppNote o ruído avalanche de um diodo zener é amplificado por dois LNA em cascata (Low-Noise amplificadores):

Você pode adivinhar qual é a minha pergunta: por que usar amplificadores de baixo ruído se você quer ruído em primeiro lugar? Os opamps comuns não produzem ruído branco?

A maioria dos ruídos nos opamps, como o ruído térmico e o ruído Schottky ( ruído "disparado"), é branca , ou seja, possui um espectro plano, mas, por exemplo, o ruído de cintilação (também conhecido como ruído 1 / f) não é. O MAX2650 terá menos ruído em geral , branco e colorido.

Mas, mesmo que o ruído geral esteja próximo do branco, pode haver outros motivos para não escolher um opamp, e eles nem sempre são técnicos.
As notas de aplicação dos fabricantes não servem apenas para oferecer ao cliente um serviço . Eles também são / principalmente um veículo de promoção , para colocar os produtos do fabricante nos holofotes. Talvez o pessoal de marketing da Maxim tenha pensado que o MAX2650 não recebeu atenção suficiente.

leitura adicional :
Este documento da TI informa mais sobre o ruído nos opamps.

Não há garantia de que haja uma resposta totalmente boa. É uma "ideia de design" e parece que pode ter sido baseada em uma ideia de circuito de revista. Não é garantido que o raciocínio do designer seja um ato sagrado

MAS

O objetivo é usar uma fonte de ruído que, tanto quanto possível, forneça um ruído verdadeiramente aleatório. Ele observa que

• Dentro desta faixa de corrente da fonte, a potência do ruído varia aleatoriamente dentro de ± 1dB. Parece que nos fenômenos de decomposição do diodo zener, o ruído da avalanche domina sobre outras fontes de ruído, como o ruído do tiro (que é proporcional à corrente), o ruído de cintilação e o ruído térmico.

Um amplificador operacional não terá ruído de avalanche como fonte de ruído dominante.

Sua figura 2 (copiada abaixo) faz mais sentido.

• A curva inferior é a saída do sistema com toda a energia desligada.
• A curva do meio (amplitude crescente com frequência crescente) é o sistema com potência nos opamps, mas não no zener.
• A curva superior (amplitude decrescente com frequência crescente) é a saída com a fonte de ruído zener ativa.

Indiscutivelmente, o melhor resultado é obtido com toda a energia desligada, mas a amplitude é 46 dB + menor que o resultado final e a fonte está mal definida (na melhor das hipóteses).

A única curva op-amp é tão plana como o resultado final (mas com inclinação oposta), mas tem muito mais variação em pontos selecionados e algumas excursões muito importantes (5 ou mais picos de 15 dB +, muitos mais de 5 dB + e um grande grau de variabilidade geral, dificilmente uma indicação de uma fonte de ruído branco genuína.

A curva final é muito mais próxima do plano geral, além de uma magnitude geralmente decrescente com frequência que pode ser facilmente compensada. Notavelmente, há um número de picos menores (faixa de 2 a 5 dB) em um número de frequências que correspondem exatamente aos picos maiores na resposta apenas do amplificador operacional. Isso indica que eles são atributos do sistema básico e não da fonte zener e que são as deficiências de saída de ruído do amplificador básico que limitam o desempenho geral - um bom indicador de que os dispositivos de baixo ruído são justificados.

Dito isto, o pico pronunciado em cerca de 1,3 divisões a partir de 1 MHz, resultando em um pico de 20 dB no gráfico somente de amp op e um pico de 10 dB no gráfico final sugere uma fonte de ruído externo de alguma magnitude. A frequência é de cerca de 1,3 / 4 = 0,325, de 1 a 10 MHz em uma escala de log ~~~ = 2,1 MHZ. Esta pode ser uma frequência IF no equipamento de teste (1,6 MHz?). Da mesma forma, os picos de faixa estreita de alta magnitude na faixa apenas de amplificador operacional de 20 Mhz - 80 MHz sugerem respostas espúrias do sistema ou do amplificador operacional.

Curiosamente, a mudança repentina na única resposta do amplificador operacional na faixa de 80 - 100 MHz com poucos picos de ruído e ampla variabilidade geral não é refletida em nenhum lugar da mesma extensão na saída final.

No geral , parece que o ruído do amplificador operacional é um fator importante na não idealidade do resultado final. Se os "erros" observados na resposta do op amp fossem subtraídos do resultado final, uma fonte de ruído muito superior seria produzida. Como isso ocorre com amplificadores operacionais de baixo ruído, parece provável que dispositivos com ruído mais alto tenham produzido um resultado ainda pior.

eles poderiam ter usado qualquer amplificador operacional para fazer o trabalho. O ruído gerado pelo diodo é tão alto ao entrar no primeiro amplificador operacional (~ 40dB acima do ruído térmico) que a relação "sinal" (aqui, o ruído desejado) / ruído já está firmemente estabelecida e nenhuma opção de amplificador operacional muda. ou colorir.