CMOS器件內(nèi)部不可忽視的閃爍噪聲

當(dāng)器件內(nèi)部，載流子在不連續(xù)的材料上移動(dòng)時(shí)，會(huì)隨機(jī)的遭遇到捕獲和釋放，進(jìn)而產(chǎn)生閃爍噪聲。

比如，MOS管中柵極的氧化層與硅介質(zhì)層之間，就存在不連續(xù)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(shí)，閃爍噪聲的值可能會(huì)大不相同。

在飽和區(qū)時(shí)，閃爍噪聲可以用與柵極級(jí)聯(lián)的電壓源來(lái)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(huì)相對(duì)較低。所以，在低噪聲設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)看到大面積管子的設(shè)計(jì)。

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(duì)較長(zhǎng)），因此產(chǎn)生的電流波動(dòng)集中在較低頻率，因?yàn)檫@個(gè)原因，閃爍噪聲又被稱(chēng)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(guān)系，可以把這兩種噪聲譜密度，放在同一坐標(biāo)軸下，如下圖所示。

1/f噪聲 “拐角頻率“，是一個(gè)分界點(diǎn)，左側(cè)是閃爍噪聲占主要地位，右側(cè)是熱噪聲占主要地位。

所以，如果所關(guān)注的頻率比較高的時(shí)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(yīng)用情況下，確實(shí)會(huì)造成很大的困擾。

比如說(shuō)，當(dāng)采用零中頻接收架構(gòu)，且信道帶寬比較窄的時(shí)候。

當(dāng)然，閃爍噪聲的影響，也不只是針對(duì)零中頻接收架構(gòu)，所有的中頻為零中頻的接收機(jī)，都會(huì)受到閃爍噪聲的影響。比如說(shuō)，采用的是二次變頻的超外差接收機(jī)，在第二中頻時(shí)，采用的是零中頻，那么閃爍噪聲也會(huì)是個(gè)困擾。

舉個(gè)例子。

假設(shè)有一個(gè)零中頻接收機(jī)，處理的是信道帶寬為200KHz的信號(hào)，如GSM信號(hào)。

而接收機(jī)的基帶閃爍噪聲拐角頻率為200KHz。如下圖所示。

可以看到，當(dāng)信道帶寬很窄的時(shí)候，閃爍噪聲會(huì)對(duì)有用信號(hào)的信噪比產(chǎn)生比較大的影響。

所以，有時(shí)候，為了規(guī)避閃爍噪聲的影響，可能會(huì)去選擇低中頻接收機(jī)架構(gòu)。

審核編輯：劉清