當器件內部,載流子在不連續的材料上移動時,會隨機的遭遇到捕獲和釋放,進而產生閃爍噪聲。
比如,MOS管中柵極的氧化層與硅介質層之間,就存在不連續性。
在CMOS工藝中,閃爍噪聲取決于接觸面的純度,如果從一種CMOS工藝換到另一種CMOS工藝時,閃爍噪聲的值可能會大不相同。
在飽和區時,閃爍噪聲可以用與柵極級聯的電壓源來表示,粗略地可以表示為:
從上面的式子中,可以了解到,薄的氧化層(Cox大),或者大的WL值,閃爍噪聲會相對較低。所以,在低噪聲設計中,經常會看到大面積管子的設計。
而且,閃爍噪聲的譜密度與頻率呈反比。如下圖所示:
由于硅中的載流子壽命大約為幾十微秒(相對較長),因此產生的電流波動集中在較低頻率,因為這個原因,閃爍噪聲又被稱為1/f 噪聲。
為了量化給定器件的1/f噪聲與熱噪聲之間的關系,可以把這兩種噪聲譜密度,放在同一坐標軸下,如下圖所示。
1/f噪聲 “拐角頻率“,是一個分界點,左側是閃爍噪聲占主要地位,右側是熱噪聲占主要地位。
所以,如果所關注的頻率比較高的時候,就可以不用考慮閃爍噪聲的影響。
但是,閃爍噪聲,在某些應用情況下,確實會造成很大的困擾。
比如說,當采用零中頻接收架構,且信道帶寬比較窄的時候。
當然,閃爍噪聲的影響,也不只是針對零中頻接收架構,所有的中頻為零中頻的接收機,都會受到閃爍噪聲的影響。比如說,采用的是二次變頻的超外差接收機,在第二中頻時,采用的是零中頻,那么閃爍噪聲也會是個困擾。
舉個例子。
假設有一個零中頻接收機,處理的是信道帶寬為200KHz的信號,如GSM信號。
而接收機的基帶閃爍噪聲拐角頻率為200KHz。如下圖所示。
可以看到,當信道帶寬很窄的時候,閃爍噪聲會對有用信號的信噪比產生比較大的影響。
所以,有時候,為了規避閃爍噪聲的影響,可能會去選擇低中頻接收機架構。
審核編輯:劉清
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原文標題:不可忽視的閃爍噪聲
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