對(duì)于精度需求較高的模擬電路而言,噪聲分析是必不可少的,因此必須要清楚電路中產(chǎn)生噪聲的地方以及對(duì)電路的影響。本文主要參考拉扎維和Sansen的教材,加以總結(jié)。
一、噪聲的表示
由于噪聲是一種隨機(jī)信號(hào),所以是不能夠用具體某個(gè)數(shù)去衡量的,我們一般用 “功率譜密度”(PSD)來(lái)描述噪聲的功率大小。 它表示把噪聲波形加到一個(gè)中心頻率為f,帶寬為1Hz的帶通濾波器并對(duì)其輸出取平方,在一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)計(jì)算它的平均值得到,簡(jiǎn)單的理解就是某個(gè)頻率下噪聲電壓的功率值。單位為V^2/Hz。
擁有了噪聲功率譜密度,我們就能夠描述該噪聲對(duì)電路的影響了,下面給出計(jì)算噪聲對(duì)電路影響的定理
定理:如果把噪聲譜為Sx(f)的一個(gè)信號(hào)加載一個(gè)傳輸函數(shù)為H(s)的線性時(shí)不變系統(tǒng)上,則輸出譜為:Sy(f)=Sx(f)|H(f)|^2,通過(guò)這個(gè)式子,就能夠計(jì)算出含有噪聲的傳輸函數(shù)了。
二、電阻熱噪聲及其相關(guān)計(jì)算
電路中最常見(jiàn)的噪聲就是電阻產(chǎn)生的熱噪聲了。由于它是電子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)對(duì)導(dǎo)體兩端電壓影響產(chǎn)生的,所以熱噪聲譜與絕對(duì)溫度是成正比的。如圖所示(圖片來(lái)自于拉扎維:CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)),電阻產(chǎn)生的噪聲源可以等效成電路圖,即用一個(gè)噪聲電源來(lái)表示。
它的譜密度公式為 :
有了這個(gè)公式之后,我們就能夠計(jì)算簡(jiǎn)單電路中的電阻熱噪聲,并得到比較重要的結(jié)論,計(jì)算如下圖中的電阻噪聲功率
首先如圖增加噪聲源,由于只有電阻產(chǎn)生的熱噪聲,故將電阻等效成噪聲電壓源和電阻的串聯(lián),當(dāng)然,對(duì)于某些電路,也可以等效成噪聲電流源和電阻的并聯(lián),以減少計(jì)算量。
這樣就得到了一個(gè)比較重要的結(jié)論,噪聲的密度取決于電阻;積分噪聲取決于電容。低的噪聲需要小的電阻和大的電容!
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