如何抑制電子電路中的內(nèi)部噪聲和外部噪聲

噪聲重要與否，取決于它對目標電路工作的影響程度。

例如，一個開關(guān)電源在3MHz時具有顯著的輸出電壓紋波，如果它為之供電的電路僅有幾Hz的帶寬，如溫度傳感器等，則該紋波可能不會產(chǎn)生任何影響。但是，如果該開關(guān)電源為RF鎖相環(huán)(PLL)供電，結(jié)果可能大不相同。

為了成功設(shè)計一個魯棒的系統(tǒng)，了解噪聲源至關(guān)重要。就低壓差(LDO)調(diào)節(jié)器而言或者說任何電路，噪聲源都可以分為兩大類：內(nèi)部噪聲和外部噪聲。

? 內(nèi)部噪聲好比是您頭腦中的噪聲

? 外部噪聲則好比是來自噴氣式飛機的噪聲

對于電子電路，內(nèi)部噪聲是指任何電子器件內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲，外部噪聲則是指從電路外部傳到電路中的噪聲。

圖1. 顯示內(nèi)部和外部噪聲源的簡化LDO框圖

內(nèi)部噪聲有許多來源，各種噪聲源都有自己獨一無二的特性。內(nèi)部噪聲主要有以下幾類：熱噪聲、1/f噪聲、散粒噪聲、爆裂或爆米花噪聲。圖2顯示了一個典型器件的噪聲如何隨頻率而變化，以及各類噪聲對總噪聲的貢獻。從1/f區(qū)到熱區(qū)的躍遷點稱為轉(zhuǎn)折頻率。

圖2. 典型噪聲功率與頻率的關(guān)系

熱噪聲，隨機但有通式

在絕對零度以上的任何溫度，導(dǎo)體或半導(dǎo)體中的載流子（電子和空穴）會發(fā)生擾動，這就是熱噪聲（亦稱約翰遜噪聲或白噪聲）的來源。熱噪聲功率與溫度成比例。它具有隨機性，因而不隨頻率而變化。熱噪聲是一個物理過程，可以通過下式計算：

Vn = √(4kTRB)

? k表示波爾茲曼常數(shù)（1.38?23 J/K）

? T表示絕對溫度（K = 273°C）

? R表示電阻（單位Ω）

? B表示觀察到噪聲的帶寬（單位Hz，電阻上測得的均方根電壓也是進行測量的帶寬的函數(shù)）

粉紅浪漫？NO，這里只有1/f 噪聲

1/f 噪聲來源于半導(dǎo)體的表面缺陷，聲功率與器件的偏置電流成正比，并且與頻率成反比，這一點與熱噪聲不同。即使頻率非常低，該反比特性也成立，然而，當頻率高于數(shù)kHz時，關(guān)系曲線幾乎是平坦的。1/f 噪聲也稱為粉紅噪聲，因為其權(quán)重在頻譜的低端相對較高。

1/f 噪聲主要取決于器件幾何形狀、器件類型和半導(dǎo)體材料，因此，要創(chuàng)建其數(shù)學(xué)模型極其困難，通常使用各種情況的經(jīng)驗測試來表征和預(yù)測1/f噪聲。

一般而言，具有埋入結(jié)的器件，如雙極性晶體管和JFET等，其1/f 噪聲往往低于MOSFET等表面器件。

有勢壘的地方的就有散粒噪聲

散粒噪聲發(fā)生在有勢壘的地方，例如PN結(jié)中。半導(dǎo)體器件中的電流具有量子特性，電流不是連續(xù)的。當電荷載子、空穴和電子跨過勢壘時，就會產(chǎn)生散粒噪聲。像熱噪聲一樣，散粒噪聲也是隨機的，不隨頻率而變化。

低頻噪聲——爆米花噪聲

爆米花噪聲是一種低頻噪聲，似乎與離子污染有關(guān)。爆米花噪聲表現(xiàn)為電路的偏置電流或輸出電壓突然發(fā)生偏移，這種偏移持續(xù)的時間很短，然后偏置電流或輸出電壓又突然返回其原始狀態(tài)。這種偏移是隨機的，但似乎與偏置電流成正比，與頻率的平方成反比(1/f2)。

爆裂噪聲，幾乎已被消除

爆裂噪聲和爆米花噪聲相同，也是一種低頻噪聲，似乎與離子污染有關(guān)。但由于現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝技術(shù)的潔凈度非常高，爆裂噪聲幾乎已經(jīng)被消除，不再是器件噪聲的一個主要因素。

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