Тема интересна в связи с разработкой малошумящего предусилителя. Источник исгнала имеет емкостный характер (единицы пФ, активное сопротивление порядка сотен Ом). Подобные задачи, например, частично рассмотрены в книге Войшвило применительно к видеоусилителям ("простая противошумовая коррекция"), но книга 70-х годов, есть надежда, что "с тех пор утекло много воды". Кроме того, не удалось найти подробный разбор "сложной противошумовой коррекции". А ведь эта задача имеет много вариантов решения. Не хочется изобретать велосипед, наверняка где-то уже все разложено по полочкам.

Особенность моей задачи - регулировка полосы пропускания от единиц до сотен МГц так, чтобы SNR оставался близким к максимально достижимому. Нижняя частота пропускания порядка 1 кГц, а еще лучше от 0. Понимаю, что реализовать противошумовую коррекцию при регулируемой полосе сложно, но, как говорится, "попытка не пытка", а выигрыш в случае успеха можно получить очень существенный.

Конечно же, буду очень благодарен за любые ссылки и инфу не только по противошумовой коррекции, но и по другим приемам увеличения SNR в описанных условиях.

Что скажет всезнающий All?

Задача поставлена очень туманно. Если есть источник сигнала, то где сведения о сигнале? Соответственно невозможно ответить на первый вопрос, задаваемый при решении любой задачи - вопрос от противного, а зачем нужна коррекция? Если на входе поставить AD8099 c SND < 1 nV/sr Hz, то, что, сигнал потонет в его шумах? А может надо обсуждать вопрос об адаптивном фильтре? Или нужно бороться с помехами?

Честно говоря, старался сформулировать вопрос четко и не ограничиваться какой-то конкретикой... Попробую еще раз.

Задача состоит в построении МШУ (малошумящего усилителя). Импеданс источника указан (емкость 1-5 пФ, последовательно с 100-500 Ом). Источники подобного типа встречаются очень часто на указанных частотах, в отличие от индуктивных (впрочем, это не предмет для спора - просто в моем случае это емкость). Если хотите, пусть это будет фотодиод.

Суть сигнала не столь важна, как мне кажется, достаточно указания полосы (от 0 до максимум 100-200 МГц), но легко видеть, что это хорошо подходит для цифровой связи, если выдержать постоянной групповую задержку.

Никакие помехи в канале сейчас не рассматриваются. Ограничение по отношению С/Ш в подобной ситуации задается преимущественно свойствами МШУ. Дело в том, что при расширении полосы пропускания среднеквадратичное напряжение шума растет быстрее, чем пропорционально корню из полосы. Если даже отвлечься от высокочастотных шумовых эффектов усилительных приборов (считать, что на сотнях мегагерц они еще не сильно проявляются), то все равно приходится увеличивать токи смещения, уменьшать сопротивление обратной связи или что-то еще (в каждом решении свои осбенности) и общие шумы усилителя возрастают. Поэтому возникла задача адаптации усилителя к полосе пропускания. И тут Вы почти правы насчет адаптивного фильтра, только особенность в том, что сам усилитель является его частью.

Что касается "AD8099 c SND < 1 nV/sr Hz", то это неважный вариант. Кстати, этот параметр далеко не полностью характеризует шумовые свойства прибора. Необходимо , как минимум, привести еще параметры шумового источника тока и зависимости спектральной плотности шума от частоты обоих источников. Если Вы попытаетесь подключить его к указанному источнику сигнала и получите заданную полосу, то окажетесь очень далеки от приличных параметров, поверьте.

Пусть Вас не вводит в заблуждение слово "коррекция". Суть противошумовой коррекции заключается в следующем:
Если источник сигнала емкостный, то постоянная времени входной цепи (соответственно и полоса пропускания) определяется входным сопротивлением усилителя. Но при его уменьшении увеличиваются шумы. Поэтому если во входной цепи поставить сравнительно высокое сопротивление, получив равномерный спад АЧХ от сравнительно низкой частоты (несколько напоминает АЧХ интегратора), а после усиления сигнала провести коррекцию до плоской (элементом с обратной АЧХ, напоминающей дифференциатор), то можно в целом получить существенный выигрыш по отношению С/Ш. Такой вариант однополюсной/однонулевой коррекции и называется "простым". В сложной противошумовой коррекции используется уже два и более полюсов/нулей. Однако, уже при переходе от двух к трем выигрыш становится не таким уж существенным, а сложность реализации значительно возрастает. И вот этим способом уже можно кое-что выжать и из AD8099. Но есть варианты и получше.

Я пасс. Не моя тема, хотя и интересно. Заинтересовавшись немного почитал, в частности APPLICATION BULLETIN фирмы BURR-BROWN, нашел там несколько апликейшинов на эту тему №№ 028, 050, 057, 075, 094, 183, 184. Если нужно вышлю. Удачи.

Спасибо, handy. Высылать не нужно, найду.

И Вы, конечно, правы - тема очень интересная.

2 MosAic
Простите, если не понял чего, но для достижения постоянства к-та усиления в требуемой полосе частот, по-моему, Вам и нужно сделать нечто подобное интегратору. Например, вот так:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Здесь: Еи, Си, Rи - ЭДС, емкость и сопротивление источника, R, C, R1 - элементы ОС, причем R1 нужен только для обеспечения связи по постоянному току. Если R<<R1, то постоянство к-та усиления достигается при Rи*Cи = R*C. Ку при этом равен R/Rи или Cи/С. Опер нужно взять малошумящий с малыми входными токами (с ПТ на входе, если, конечно, есть на такой диапазон частот), т.к. реактивный импеданс источника будет велик и приблизится к активному только вблизи верхней границы частотного диапазона.

Не совсем так...
1) Модель источника (мы договорились, что это фотодиод) представляет собой скорее последовательные R и C, а сигнал поступает от генератора тока, подключенного параллельно C.
2) Дело в том, что хоть при уменьшении входного сопротивления первого каскада и растет граничная частота, но напряжение сигнала на усилительном элементе при этом падает и соотношение С/Ш уменьшается. При простой противошумовой коррекции входной каскад делается с большим входным сопротивлением и, как результат, он имеет полюс на сравнительно низкой частоте (значительно ниже, чем верхняя граница пропускания всего устройства, обычно в 5-10 раз).
3) Корекция до плоской АЧХ производится где-то в оконечных каскадах цепью с нулем на частоте полюса входного каскада (например, эмиттерная коррекция). Поскольку сигнал там имеет большую амплитуду, то на соотношение С/Ш она уже не влияет.

А сложная противошумовая коррекция может дать еще примерно двойной выигрыш в С/Ш по сравнению с простой. Во входном каскаде ее можно реализовать, например, индуктивностью (строго подобранной!) между источником и первым каскадом. Ну и коррекция конечно делается соответствующая. Могут быть и другие способы ее реализации.

Мой вопрос как раз был о литературе. Где такие варианты разобраны? Какие еще приемы, ухищрения применяются с емкостными источниками сигнала?

Если речь идет о фотодиоде, то удобнее представить его эквивалентную схему в виде параллельного соединения С и большого R: нагрузка будет параллельной и C, и R - считать легче. Остальные источники шума тоже можно представить генераторами тока, параллельными вышеприведенным элементам: дробовой (диода), оптический фоновый, темновой ток диода, тепловой (усилительного прибора и схемы смещения), и т.д. Не знаю, какую задачу Вы пытаетесь решить, но шумы бывают и на "низких" частотах: 1/f шум, который сильно ограничивает применение многих активных элементов в приемниках с нижней частотой полосы пропускания ниже 10 и даже 50 МГц.
Кроме перечисленных Вами видов схем улучшения С/Ш, существует TIA (transimpedance amplifier) - чем выше сопротивление смещения, тем ниже вносимые им шумы! TIA применяется в оптических приемниках цифровой связи чрезвычайно широко. Он весьма широкополосен: до многих ГГц, если надо. И не нужно настраивать индуктивность между ним и фотодиодом, а для регулирования полосы пропускания остается добавить ФНЧ с регулируемой частотой среза после усилителя.
Снижение емкости фотодиода само по себе очень желательно, как для расширения полосы частот, так и для улучшения С/Ш. Но все, опять же, зависит от конкретой задачи: уровни сигнала, вид сигнала, один сигнал на всю полосу, или несколько узкополосных (как в кабельном ТВ, например), экономический аспект, ...
Приемники с относительно высоким (что считать высоким?) входным сопротивлением усилителя тоже способны принимать сигналы с полосой по меньшей мере, до 1 ГГц (для кабельного ТВ, получаемый CNR >47 дБ ), и без интегратора.
Литература по оптическим приемникам разных мастей имеется в большом количестве на интернете в виде статей, диссертаций, патентов, ... Если английским владеете, найдете за несколько минут. Да и на русском есть.

Все зависит от условий ВАШЕЙ задачи. Какое отношение С/Ш, с каким количеством пА/\/Гц можно мириться, динамический диапазон - из Вашего описания неясно.

Если говорить о фотодиоде, то более полная эквивалентная схема включает и последовательное и параллельное емкости сопротивления. Они имеют вполне конкретный физический смысл. Но даже если в это не вдаваться, то легко видеть, что если последовательного сопротивления нет, то нагрузив такой фотодиод на достаточно малое сопротивление можно получить сколь угодно широкую полосу пропускания, а этого, очевидно, не может быть. В предложенной мной эквивалентной схеме параллельным сопротивлением пренебрегаем т. к. оно обычно составляет 10е7-10е11 Ом и на высоких частотах роли не играет.

Что касается других видов шумов, то их рассматривать особого смысла нет. Давайте обсудим общие приемы уменьшения коэффициента шума усилителя (шумы, возникшие в источнике сигнала, все равно никак не уменьшить). Только на счет представления шумов усилителя одним источником опять предостерегу (выше в теме уже делал это). Реальное его поведение можно предстваить, как минимум, двумя источниками. Можно расположить один из источников на входе бесшумного четырехполюсника, а другой на выходе, но обычно это шумовой генератор тока параллельно входу и последовательно включенный шумовой генератор ЭДС (существует однозначная связь между разными представлениями). Их параметры задаются соответствующими спектральными плотностями шума. В таком варианте уже можно моделировать.

Кстати, сильный розовый шум характерен не для всех усилительных приборов (особенно "удивительны" в этом отношении полевые транзисторы с pn-переходом). Но его проявление до десятков кГц (не МГц! Это, конечно, опечатка.) действительно возможно (характерно для MOP-транзисторов). Мы пока не будем заострять на этом внимания, речь ведем только о высоких частотах.

А вот TIA, как раз, очень хороший пример для использования противошумовой коррекции, хотя они и обладают низким входным сопротивлением на низких частотах. Вместе с увеличением сопротивления обратной связи шумы растут пропорционально корню из него, но усиление растет линейно и в результате отношение С/Ш тоже растет как корень из сопротивления обратной связи. Но, к сожалению, полоса пропускания зависит от него же обратно пропорционально... Вот и получается, что улучшить результат можно выбрав высокоомную обратную связь и скорректировав АЧХ в последующих каскадах.

Отвечаю на ваш вопрос - в моем случае сигнал заполняет всю полосу от единиц кГц и до верхней граничной. Рабочий динамический диапазон около 1,5 порядков (относительно минимального сигнала), мощность шума должна быть на порядок меньше мощности сигнала на выходе. Чувствительность... максимально достижимая Особенность проекта - регулируемая полоса пропускания и хочется приблизиться к отношению С/Ш достижимому при разработке усилителей на фиксированные полосуы со всеми наворотами вроде противошумовой коррекции.

Что касается телевизионных сигналов, то противошумовая коррекция впервые появилась как раз для них. Ведь источниками сигнала сначала являлись всякие видиконы и т. п. электровакуумные приборы, имеющие значительную емкость. А теперь это ПЗС т. е. суть мало изменилась.

Читаю я на ангельском легко и уже много перечитал, но подробного разбора сложной противошумовой коррекции и способов ее реализации еще не встречал (именно поиск такой литературы и привел к созданию этой темы). Если Вам известны конкретные ссылки - буду очень признателен.

Все никак не соберусь ответить: цейтнот полный. Коротко:
Эквивалентная схема: смотрите specs EPM745 фирмы JDS Uniphase - очень конкретный пример. Щтсюда понятно, что бесконечной полосы не бывает не потому что не может быть, а потому что емкость диода (плюс эффекты второго порядка: индуктивность, другие паразиты).

Шумы, возникшие в источнике сигнала, уменьшеть можно, поменяв на другой источник сигнала

"Реальное его поведение можно предстваить, как минимум, двумя источниками." Это так. Остается мелочь: найти спектральные плотности шума.

МГЦ - НЕ ОПЕЧАТКА, а правда жизни. Смотря для чего Вы ищете транзистор.

"Полтора порядка", "мощность шума должна быть на порядок меньше мощности сигнала на выходе" 10 dB? Это можно было бы сказать, совсем немного, но... какие уровни шума и сигнала в абсолютном выражении, вот в чем вопрос.

И все же, наверное, патенты - лучший источник.

С наступающим.

Жаль, что у Вас пока нет времени. С удовольствием пообщался бы. Буду с нетерпением ждать, когда освободитесь.
Это как раз очень похоже на то, что я описывал - источник тока параллельно емкости и последовательно резистор. Просто еще пририсовали модель корпуса, ведь прибор довольно высокочастотный и это уже существенно.

Так и написано выше
Не встречал на практике, но вполне верю.
Десятки-сотни нА.
И Вас тоже с наступающим! Спасибо за интересный ответ.

Научите еще где по патентам лучше лазить В России это услуга платная, б...

Платная если только сами искать не хотите, жалко времени и т.д.
Начать посик можно отсюда http://www.fips.ru/russite/
Если не найдете в электронном виде (а электронный каталог завели всего лет 10-15 назад),
то придется ехать к ним.

Патенты США на http://www.uspto.gov/

Порылся в патентах... Ну и месиво! А ведь хотел найти учебник, чтобы все разжевано было

Может поставить вопрос чуть по-другому:

У кого есть книги, посвященные шумам и борьбе с ними? Только не все подряд, а которые Вы сами считаете дельными. Кидайте названия! Тема важная и желательно накидать в закрома побольше, чем там есть.

Задачи усиления очень слабых сигналов решаются в антенных конвертерах - блок LNB. Шумы там измеряют в шумовой температуре. На сегодня обычные полупроводниковые LNB имеют шумовую температуру что-то порядком 30-50 К. Думаю, стоит посмотреть, на чём они делаются