關(guān)于模擬電路設(shè)計(jì)中噪聲分析的一些誤區(qū)

（文章來(lái)源：OFweek）

噪聲是模擬電路設(shè)計(jì)的一個(gè)核心問(wèn)題，它會(huì)直接影響能從測(cè)量中提取的信息量，以及獲得所需信息的經(jīng)濟(jì)成本。遺憾的是，關(guān)于噪聲有許多混淆和誤導(dǎo)信息，可能導(dǎo)致性能不佳、高成本的過(guò)度設(shè)計(jì)或資源使用效率低下。

噪聲電壓隨著電阻值提高而增加，二者之間的關(guān)系已廣為人知，可以用約翰遜噪聲等式來(lái)描述：erms ＝ √4kTRB，其中erms為均方根電壓噪聲，k為玻爾茲曼常數(shù)，T為溫度（單位為K），R為電阻值，B為帶寬。這讓許多工程師得出結(jié)論：為了降低噪聲，應(yīng)當(dāng)降低電阻值。

雖然這常常是正確的，但不應(yīng)就此認(rèn)定它是普遍真理，因?yàn)樵谟行├又校^大的電阻反而能夠改善噪聲性能。舉例來(lái)說(shuō)，在大多數(shù)情況下，測(cè)量電流的方法是讓它通過(guò)一個(gè)電阻，然后測(cè)量所得到的電壓。根據(jù)歐姆定律V ＝ I × R，產(chǎn)生的電壓與電阻值成正比，但正如上式所示，電阻的約翰遜噪聲與電阻值的平方根成正比。由于這個(gè)關(guān)系，電阻值每提高一倍，信噪比可以提高3 dB。在產(chǎn)生的電壓過(guò)大或功耗過(guò)高之前，此趨勢(shì)一直是正確的。

將多個(gè)噪聲源的噪聲頻譜密度（nV／√Hz）加總（電壓噪聲源按平方和開(kāi)根號(hào)），而不分別計(jì)算各噪聲源的rms噪聲，可以節(jié)省時(shí)間，但這種簡(jiǎn)化僅適用于各噪聲源看到的帶寬相同的情況。如果各噪聲源看到的帶寬不同，簡(jiǎn)單加總就變成一個(gè)可怕的陷阱。圖1顯示了過(guò)采樣系統(tǒng)中的情況。從噪聲頻譜密度看，系統(tǒng)總噪聲似乎以增益放大器為主，但一旦考慮帶寬，各級(jí)貢獻(xiàn)的rms噪聲其實(shí)非常相近。

設(shè)計(jì)時(shí)有人可能忍不住要考慮每一個(gè)噪聲源，但設(shè)計(jì)工程師的時(shí)間是寶貴的，這樣做在大型設(shè)計(jì)中會(huì)非常耗時(shí)。全面的噪聲計(jì)算最好留給仿真軟件去做。不過(guò)，設(shè)計(jì)人員如何簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程需要的手工噪聲計(jì)算呢？答案是忽略低于某一閾值的不重要噪聲源。

如果一個(gè)噪聲源是主要噪聲源（或任何其他折合到同一點(diǎn)的噪聲源）的1／5 erms值，其對(duì)總噪聲的貢獻(xiàn)將小于2％，可以合理地予以忽略。設(shè)計(jì)人員常會(huì)爭(zhēng)論應(yīng)當(dāng)把該閾值選在哪里，但無(wú)論是1／3、1／5還是1／10 （分別使總噪聲增加5％、2％和0．5％），在設(shè)計(jì)達(dá)到足以進(jìn)行全面仿真或計(jì)算的程度之前，沒(méi)必要擔(dān)心低于該閾值的較小噪聲源。