電子系統(tǒng)中的主要5 類噪聲源:

Shot noise 散粒噪聲

Thermal noise 熱噪聲

Flicker noise 閃爍（變）噪聲，1/f噪聲

Burst noise 突發(fā)噪聲

Avalanche noise 雪崩噪聲

在放大器中, 突發(fā)噪聲和雪崩噪聲可以通過制作工藝等措施來消除,在電路噪聲分析中一般可以不考慮.

Shot Noise

電子器件中的散粒噪聲

散粒噪聲和工作電流有關(guān). 當(dāng)電荷通過勢壘(pn結(jié))時(shí)會(huì)產(chǎn)生散粒噪聲. 瞬時(shí)電流i,平均值iD

其中q 是基本電荷，df 是對噪聲所覆蓋的頻域積分，i D 是通過器件的平均電流

散粒噪聲是白噪聲,而且與溫度無關(guān).

平均直流100毫安，噪聲帶寬為1HZ時(shí)，其散粒噪聲為0.18nA,可見在低噪設(shè)計(jì)時(shí)，直流工作電流越低，至少其散粒噪聲越低！

Thermal Noise

熱噪聲是由導(dǎo)體中電子或空穴的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生.

熱噪聲是白噪聲, 與散粒噪聲不同,熱噪聲與工作電流無關(guān).

熱噪聲可以等效為電壓源串聯(lián)一個(gè)無噪聲電阻,或等效為電流源并聯(lián)一個(gè)無噪聲電阻的形式:

Flicker Noise

Flicker noise 又稱 *1/f *噪聲.所有有源器件都存在Flicker噪聲,其產(chǎn)生原因很多. 1/f噪聲和工作dc current有關(guān),其均方根值為:

碳膜電阻的Flicker噪聲是比較大的,甚至可以和熱噪聲比擬,其它類型電阻(如金屬膜) 的1/f噪聲比熱噪聲小很多,所以要模擬電路的噪聲低，電阻可不要選碳膜的，選金屬膜是不錯(cuò)的選擇！ flicker 噪聲和直流工作電流成比例,可以減小直流工 作電流來降低1/f噪聲 ; 而熱噪聲與 直流工作電流無關(guān).

Burst Noise

突發(fā)噪聲，也叫爆米花噪聲，與半導(dǎo)體材料的缺陷和重離子注入有關(guān). Burst noise makes a popping sound at rates below 100 Hz when played through a speaker. Low burst noise is achieved by using clean device processing.

Avalanche Noise

當(dāng)pn結(jié)反向擊穿時(shí) 會(huì)產(chǎn)生Avalanche(雪崩噪聲)

Noise Characteristics

噪聲信號的瞬時(shí)幅度大小是隨機(jī)的,我們可以得到其幅度的概率分布函數(shù). 熱噪聲和散粒噪聲的概率分布函數(shù)是Gaussian分布.

假設(shè)δ是高斯分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差,則其瞬時(shí)幅度落在[平均值±d]范圍的概率是68%

理論上噪聲信號的最大幅度是無限大,但是其出現(xiàn)的可能性隨幅度增大而迅速降低,即無限大的幅度實(shí)際上是不可能出現(xiàn)的.一般工程上取+/-3.3δ或±3δ范圍為噪聲幅度實(shí)際出現(xiàn)的范圍; ±3d范圍對應(yīng)的出現(xiàn)概率為99.7%.

這話啥意思？簡單說，你如果計(jì)算出噪聲電壓的有效值為20nv,則對應(yīng)噪聲的幅度可以取3.3*20=66nv

兩個(gè)非噪聲的電壓源串聯(lián)，其輸出電壓是相加，而兩個(gè)噪聲電壓源串聯(lián)其輸出電壓還是相加嗎？這是初學(xué)者容易混淆的地方！瞬時(shí)輸出電壓當(dāng)然是兩個(gè)相加！書上不是說，噪聲電壓不能直接相加嗎？對于噪聲電壓有兩種定義，一種是普通的瞬時(shí)值，一種是概率定義的方差或有效值。一般討論噪聲電壓的輸出瞬時(shí)值沒有多少意義，因?yàn)樵肼暿请S機(jī)信號，它的瞬時(shí)值無法估計(jì)測量，而其方差卻有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，也和功率相對應(yīng)，可以測量。

所以一般都是研究噪聲的有效值，即方差，現(xiàn)有噪聲電壓瞬時(shí)值e1和e2,它們串聯(lián)，則輸出噪聲電壓瞬時(shí)值e=e1+e2,現(xiàn)在求e的方均值（與功率有關(guān)）e*e=(e1*e1+2e1*e2+e2*e2),再求平均，得e^2=e1^2+e2^2, 這應(yīng)該是上劃線表示平均，由于我不太熟悉這微信編輯器的輸入，找不到上劃線，將就用下劃線表示了，這就是教科書里講的兩個(gè)不相關(guān)的噪聲源串聯(lián)，其輸出的電壓表示：輸出的噪聲電壓的有效值的平方相加！公式中原來的2*e1*e2項(xiàng)跑哪去了？因?yàn)閑1與e2不相關(guān)，它們相乘求平均是一定為0的，一般的噪聲多是白噪聲，兩個(gè)不同來源的白噪聲一定是不相干的.

在計(jì)算系統(tǒng)性能時(shí)，經(jīng)過信號放大、整型濾波等模擬處理后，到達(dá)ADC采樣前的輸入信號的最小信噪比SNR，將很大程度上決定系統(tǒng)的選擇與性能，比如由于放大器選型設(shè)計(jì)不當(dāng)，到達(dá)ADC采樣前的輸入信號的最小信噪比SNR為60db,那我們的ADC選24位分辨率以上的行嗎？24位分辨率的ADC的SNR如何計(jì)算？或者說24位分辨率的ADC的有效位數(shù)是多少？這兩個(gè)基本是同一個(gè)問題，我們先不考慮ADC的時(shí)鐘抖動(dòng)造成的SNR限制(這個(gè)以后在慢慢吹)，認(rèn)為ADC系統(tǒng)暫時(shí)時(shí)鐘抖動(dòng)足夠小，在信號系統(tǒng)課程里有個(gè)理想ADC的SNR計(jì)算公式：SNR=6.02*N+1.76, 根據(jù)這個(gè)公式先測量出ADC的實(shí)際SNR，反向計(jì)算N就是有效位數(shù)。比如查ADI公司的ADC芯片：

ad4021的分辨率是20位，顯示的滿量程典型SNR是100.5db，帶入前世可以計(jì)算出ad4021的典型實(shí)際有效分辨率為16.4位，所以我們選ADC一般不十分看重分辨率，重點(diǎn)關(guān)注的應(yīng)該是有效位數(shù)或者ADC的SNR，當(dāng)然僅僅看個(gè)100.5db的典型值是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還得打開文檔仔細(xì)瞧了，廠家往往都是挑好的說

看見我圈畫的紅藍(lán)黃嗎？紅色最好，正好100.5db,是在輸入1khz低頻信號，vref=5v時(shí)，而黃色是輸入信號400khz，Vref=5v時(shí)，92.5db,掉了快8db，變化不小呀，對應(yīng)有效位15位！不是說好的分辨率20位嗎？實(shí)際有效位數(shù)變15位了，還有5位被ADC自身的噪聲吃了！

現(xiàn)在退回最開始的60db輸入信號信噪比時(shí)，ADC該如何選擇？

ADC的SNR應(yīng)該大于輸入信號信噪比,小是不行的，大太多就毫無意義了，因?yàn)檩斎氲男盘栃旁氡炔?0db，后續(xù)處理引入的噪聲只會(huì)使信噪比更差！用過采樣等數(shù)字信號處理方式提高信噪比是有限度的、往往只對白噪聲起作用：

為省錢，我們把ADC信噪比選為68-70db

合適的ADC的分辨率基本都是12位的，非選個(gè)16位以上的ADC，除了浪費(fèi)錢，毫無 意義，關(guān)鍵是要修改你前級放大器設(shè)計(jì)，讓60db變成70db,這時(shí)提高ADC的有效位數(shù)才有意義，那么如何從60db提高到70db?這就需要計(jì)算設(shè)計(jì)放大器的噪聲、SNR。。。