簡述噪聲的產(chǎn)生機(jī)理和來源

EMC-2---噪聲的來源

引言：噪聲廣泛存在于自然界，上節(jié)揭示了噪聲的本質(zhì)，噪聲按照噪聲攜帶能量的強弱分為功率型噪聲和信號型噪聲，功率型噪聲持續(xù)時間短，能量強，對設(shè)備的壽命具有很大的影響，而信號型噪聲顧名思義來源于信號且作用于信號，本節(jié)簡述噪聲的產(chǎn)生機(jī)理和來源。

圖2-1：噪聲的分類

1.功率型噪聲的產(chǎn)生

靜電

靜電是不同物理性質(zhì)的物體表面積聚的電荷發(fā)生短時間轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，靜電的特征是持續(xù)時間端，脈沖高，不加防護(hù)策略的話容易損壞后繼器件，并且對數(shù)字信號也會造成瞬間的干擾。

浪涌

浪涌出現(xiàn)在電源網(wǎng)絡(luò)中，浪涌波持續(xù)時間相對于靜電長，但峰值較低，整體能量高于靜電，電源線中的浪涌如果不加消解，會直接損壞受電器件。

波動

波動也是出現(xiàn)在電源網(wǎng)絡(luò)中，波動一部分是源端不穩(wěn)，一部分是負(fù)載端變化過大，波動的危害小于浪涌，在一定范圍內(nèi)不會有影響，波動超過一定閾值，就有風(fēng)險，縮短用電器件的壽命。

開關(guān)噪聲

DC-DC是開關(guān)型器件，所以DC-DC供電中雜帶的噪聲也歸結(jié)為開關(guān)噪聲，來源在于開關(guān)節(jié)點的高頻率切換產(chǎn)生高頻信號，該信號一部分輻射出去，一部分跟隨電源線傳輸進(jìn)后級。

2.信號型噪聲的產(chǎn)生

高速數(shù)字IC

CMOS電路簡化模型主要應(yīng)用于數(shù)字IC，如圖2-2所示。驅(qū)動器側(cè)的CMOS晶體管的工作用開關(guān)簡化表示，接收器側(cè)的CMOS晶體管柵電容用接地電容器表示。數(shù)字IC通過控制驅(qū)動器側(cè)的與信號線相連接的開關(guān)，將其切換至電源側(cè)VDD或接地側(cè)GND，可將信號輸出電平設(shè)置為1或者0。

圖2-2：數(shù)字IC簡化模型

正常情況下，如果CMOS數(shù)字電路電源信號電平不改變，幾乎沒有電流流過。然而，如果柵電容充電電流（信號電平從0切換至1時）和放電電流（當(dāng)信號電平從1切換至0時）通過信號線，如圖2-2所示，電流就會流過電源處和接地處。當(dāng)信號切換時，除了此電流，還有所謂的直通電流會從驅(qū)動器電源處流向接地處，直通電流也成為脈動電流流經(jīng)電源處和接地處。

由于這類電流跳動非常劇烈，包括很多頻率元件，因此當(dāng)能量向外輻射時，就會造成噪聲故障。此外，由于電流急劇變化造成電源電壓變化（電源和接地模式電感），會造成共用同一電源的外圍電路運行不穩(wěn)定（地彈）。

振鈴

圖2-3：振鈴影響頻譜的構(gòu)成

振鈴會產(chǎn)生更多高頻率的噪聲，如圖2-3所示，在頻譜上體現(xiàn)為頻率范圍拓寬，幅度增強。

反射

如果信號沿互連線傳播時，所受到的瞬態(tài)阻抗（線末端或者是互連線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變的地方，例如拐角，過孔，T型結(jié)構(gòu)，接插件等處）發(fā)生變化，則一部分信號將被反射回源端，另一部分發(fā)生失真并繼續(xù)傳播，這正是單一網(wǎng)絡(luò)中多數(shù)信號完整性問題產(chǎn)生的主要原因，所以反射這一概念已經(jīng)是信號完整性的范疇，但反射也會增加噪聲。

圖2-4：反射增加噪聲原理

3.小結(jié)

圖2-5：噪聲和相應(yīng)對策

功率型噪聲不僅會影響器件的壽命，還會影響系統(tǒng)的數(shù)字信號和射頻信號，比如雷雨天氣花屏，通話有噪音，靜電觸摸閃屏等等，而信號型噪聲只對信號質(zhì)量有影響，不會損害器件的壽命。在處理系統(tǒng)的噪聲問題時，首先就需要判斷噪聲的類型，然后根據(jù)噪聲的類型判斷其來源和產(chǎn)生原因，最后再制定相應(yīng)靜噪策略。