并联放大器改善信噪比性能

处理低振幅信号可能具有挑战性。为了区分低电平信号和周围电路贡献的噪声，我们通常使用增益来放大高于本底噪声的信号。但是，标准放大器配置将输入信号、输入噪声和放大器的噪声贡献乘以放大器的增益。因此，当输入信号的幅度变大时，输入噪声和放大器增加的噪声也会变大，导致信噪比（SNR）没有改善。

有一种方法可以使用放大器不仅可以增加信号幅度，还可以提高SNR。这种方法的关键是在求和配置中使用放大器，了解相关和不相关信号之间的差异。在求和配置中，由于我们对两个不相关的噪声源（放大器噪声）求和，因此放大器噪声增加√2，而相关输入信号幅度增加2。该原理可以扩展到N个放大器，以显着改善SNR。

在数学上，单个放大器具有输入信号S在和增益G，总组合输入信号由信号（S在） 加上输入端的任何外部产生的噪声 （N在);这写为 S在+ N在.输出包括输出信号（S外） 加上总输出噪声 （N外);这些可以写为 S外= S在*G 和 N外= N在*G + N扩增1，分别，其中 N扩增1是由放大器本身引起的输出参考噪声。

SNR的计算方法是将输出RMS信号功率除以输出RMS噪声功率。结果是：

信噪比（一个放大器）= （S外)2/ （N外)2= （S在*G）2/ （（N在*G）2+ N扩增12)

假设外部噪声输入功率最小（为简单起见），将公式简化为（S在*G）2/ N扩增12.

现在，并联增加第二个放大器会使RMS信号功率增加2倍，但只会使RMS放大器噪声增加√2，因为放大器会增加不相关的噪声。因此，而不是噪音加倍（N扩增1加 N扩增2），我们得到的噪声为 √2*N安普尔.

两个并联放大器的SNR计算公式为：

信噪比（两个放大器）= （2S在*G）2/ （（2N在*G）2+ （√2（（N扩增1)2+ （N扩增2)2））） = （2S在*G）2/ （（2N在*G）2+ （√2N安普尔)2） = （S在*G）2/ （（N在*G）2+ 0.5*（N安普尔2)).

同样，假设外部输入噪声功率最小，则将其降低至（S在*G）2/ （0.5*（N安普尔2))

并联添加放大器的好处是提高了SNR和更低的电压噪声密度。对于并联N个放大器，放大器噪声功率降低N，折合到输入端的电压噪声密度降低√N。换句话说，放大器数量每增加一倍，放大器噪声功率就会降低2，放大器的输入参考电压噪声密度就会降低√2。请注意，并联放大器只能减少放大器增加的不相关噪声;它不能降低由于其他外部噪声源（例如电阻器、传感器、其他信号调理元件等）引起的噪声。在上述两个并联放大器电路中，LT6020 的输入电压噪声密度从 45nV/√Hz 降低至 32nV/√Hz。

下面的电路揭示了利用 LT1028 超低 0.85nV/√Hz 噪声密度精准放大器如何降低 N 个放大器的输入噪声密度。

并联放大器技术可以扩展到复合放大器设计，其中两个放大器各自为电路提供独特的优势。这方面的一个例子见设计说明 241;电路如下所示。此处，两个 LT1806 用于提供一种低失真、高输出驱动电路解决方案;一个放大器提供 50 欧姆电缆驱动能力，另一个放大器提供精度。

使用并行放大器的另一个优点是降低了输出失调误差。由于失调误差不相关，随着放大器的增加，失调误差的分布将向中心值移动，因此考虑所有器件时的净值将接近典型平均值。

计算噪声时，必须考虑电流噪声、电阻噪声（反馈电阻、源阻抗等）和外部噪声。并联使用放大器的一个后果是电流噪声增加。其他权衡包括成本和组件数量。然而，这些通常可以通过使用并联放大器技术获得的改进性能来证明。

审核编辑：郭婷