電阻越大噪聲越大？不一定!

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以前寫過一篇文章《電阻噪聲哪里來？》里面有個(gè)觀點(diǎn)：電阻越大噪聲越大。

很多同學(xué)便把這個(gè)結(jié)論應(yīng)用于所有場(chǎng)景，這是不嚴(yán)禁的，今日特撰新文，補(bǔ)充、拓寬下電阻噪聲的問題，以及使用采樣電阻的注意事項(xiàng)（ir drop+0 Ωpdn），環(huán)環(huán)相扣，歡迎點(diǎn)贊、收藏、轉(zhuǎn)發(fā)。

正所謂陰在陽之內(nèi)，不在陽之對(duì)。凡事有壞的一面，也往往有好的一面。

1 先看壞的一面，回顧下電阻噪聲問題

電阻的噪聲通常指的熱噪聲，哪怕電阻沒有連接到電路中，沒有電流流過電阻，電阻兩端也會(huì)有電壓變化，這就是電阻熱噪聲，在系統(tǒng)工作頻率范圍內(nèi)，電阻的熱噪聲可以認(rèn)為是白噪聲。

電阻兩端開路時(shí)，它的熱噪聲有效值的計(jì)算公式是：

k是玻爾茲曼常數(shù)，k=1.38*10-23 J/K，T是開爾文熱力學(xué)溫度，R是電阻值，B是系統(tǒng)等效噪聲帶寬。

舉例：

當(dāng)溫度是27℃（300開爾文）時(shí)，10KΩ的電阻，在100KHz放大電路中，電阻兩端的開路熱噪聲電壓有效值是4uV。

相同環(huán)境下，如果電阻是20KΩ，則熱噪聲電壓有效值是5.8uV。

根據(jù)公式我們可以看出來，電阻越大，噪聲也越大，噪聲隨著電阻阻值的增加而增加（這句話就是本文的起源）。

同樣的，噪聲也與溫度有關(guān)，只是這個(gè)噪聲對(duì)溫度并不敏感，因?yàn)楣街惺菬崃W(xué)溫度，當(dāng)溫度變化為十幾或幾十?dāng)z氏度時(shí)，對(duì)噪聲的影響并不是很大。

比如上面例子中，17℃和27℃下，電阻兩端的噪聲基本差別不大。

2 再看好的一面，電阻增加反而增加信噪比

不知道有沒有同學(xué)聽說過“電阻加一倍，信噪比加3dB”這個(gè)說法。

這個(gè)是使用電阻來測(cè)量電流時(shí)成立的結(jié)論，在用電阻測(cè)量電流的例子中，更大的電阻反而可以優(yōu)化噪聲性能，一般而言，我們測(cè)量電流的方法是讓電流流過一個(gè)采樣電阻R，通過檢測(cè)電路兩端的電壓V，間接得到電流I=U/R，根據(jù)這個(gè)公式，在目標(biāo)電流大小不變的情況下，電阻越大，電阻兩端的電壓就越大，見下圖。

3 為什么電阻加一倍，信噪比加3dB？

信噪比的計(jì)算公式：

比如一個(gè)正弦電流I為：2*sin(t)

采樣電阻的阻值為R，那么電阻兩端的電壓就是I*R=2R*sin(t)，這個(gè)電壓的有效值Vrms_sig1：

根據(jù)公式1，電阻兩端噪聲電壓的有效值Vrms_noise1:

那么把Vrms_sig1和Vrms_noise1帶入公式2，得到SNR1：

現(xiàn)在采樣電阻阻值增加一倍，變?yōu)?R，那么電阻兩端的電壓就是I*R=4R*sin(t)，這個(gè)電壓的有效值Vrms_sig2：

根據(jù)公式1，電阻兩端電壓的有效值Vrms_noise2:

那么把Vrms_sig2和Vrms_noise2帶入公式2，得到SNR2：

4 SNR2比SNR1大了多少呢？

所以電阻加一倍，電流采樣的信噪比加3dB。

備注：高中l(wèi)og對(duì)數(shù)計(jì)算公式

5 電流采樣電阻有什么注意事項(xiàng)呢？

咱們看圖說話，下圖中電源電壓是U0，電流是I，電阻是R，那么電阻兩端的壓降就是IR，負(fù)載上的電壓就是U0-IR，因此，如果為了提高采樣電流信噪比而過度的用大電阻，那么導(dǎo)致負(fù)載上的電壓U0-IR就會(huì)很小，無法滿足負(fù)載要求，而且這個(gè)電阻越大，消耗的功耗也就越大。

有的同學(xué)會(huì)在調(diào)試時(shí)，用一個(gè)稍微大一點(diǎn)的采樣電阻來采集電流，調(diào)試后用0歐姆代替這個(gè)電阻，這種做法無可厚非，但是不能用于電源性能敏感的負(fù)載，比如在PDN鏈路上，哪怕放一個(gè)0Ω的電阻，也可能會(huì)有幾個(gè)或幾十個(gè)mΩ電阻存在，這可能會(huì)嚴(yán)重減低PDN性能，需要慎重考慮。

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審核編輯 黃宇