對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生噪聲的地方以及對電路的影響。本文主要參考拉扎維和Sansen的教材,加以總結。
一、噪聲的表示
由于噪聲是一種隨機信號,所以是不能夠用具體某個數去衡量的,我們一般用 “功率譜密度”(PSD)來描述噪聲的功率大小。 它表示把噪聲波形加到一個中心頻率為f,帶寬為1Hz的帶通濾波器并對其輸出取平方,在一個很長的時間內計算它的平均值得到,簡單的理解就是某個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電路的影響了,下面給出計算噪聲對電路影響的定理
定理:如果把噪聲譜為Sx(f)的一個信號加載一個傳輸函數為H(s)的線性時不變系統(tǒng)上,則輸出譜為:Sy(f)=Sx(f)|H(f)|^2,通過這個式子,就能夠計算出含有噪聲的傳輸函數了。
二、電阻熱噪聲及其相關計算
電路中最常見的噪聲就是電阻產生的熱噪聲了。由于它是電子隨機運動對導體兩端電壓影響產生的,所以熱噪聲譜與絕對溫度是成正比的。如圖所示(圖片來自于拉扎維:CMOS模擬集成電路設計),電阻產生的噪聲源可以等效成電路圖,即用一個噪聲電源來表示。
它的譜密度公式為 :
有了這個公式之后,我們就能夠計算簡單電路中的電阻熱噪聲,并得到比較重要的結論,計算如下圖中的電阻噪聲功率
首先如圖增加噪聲源,由于只有電阻產生的熱噪聲,故將電阻等效成噪聲電壓源和電阻的串聯,當然,對于某些電路,也可以等效成噪聲電流源和電阻的并聯,以減少計算量。
這樣就得到了一個比較重要的結論,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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