噪声与低噪声设计.ppt

? 1. 符合统计规律的正态分布 2.? 噪声测量 三．? 随机噪声的功率谱密度及相关函数 2．功率谱密度：均方根值σ 用来衡量噪声电压幅值的大小，功率谱密度S（ω）用来分析噪声功率随频率的分布情况。 4．功率谱密度与自相关函数的关系（维纳-辛钦定量） 2．几种典型噪声的 S（ω）: 四. 噪声带宽? 例 五. 噪声源的相关性 相关系数： 设二随机噪声u1(t)、u2(t),则定义相关系数C为： 两噪声相加得：u2= u12 +u22+2C u1 u2 当C＝0，u1，u2独立，互不相关，u2= u12 +u22 当C＝±1， 完全相关。 C＝＋1 , u= u1 +u2 C＝－1 , u= u1－u2 当/C/＜1， 部分相关。 实际计算时，C很难确定，故一般取C＝0，则对于多个噪声源， u2= u12 +u22+u32+u42+------- 六、信噪比（SNR）及信噪改善比（SNIR） 定义： SNR=S/N =信号有效值/噪声有效值＝ 1/测量误差。 SNIR＝输出信噪比/输入信噪比 反映系统噪声是否得到改善得情况。 一．? 电阻的热噪声 二．? 电阻的过剩噪声 原因：电导率不均匀，材料不同。 大小：Uex2=KIDC2R2/f ―――红噪声 三. 结论 f ＞1, 热噪声为主；f＜1，剩余噪声为主。 少用直流放大器，多用交流放大器，采用调制方法将直流变成交流。 低温或恒温，减少ΔfN. 1-3 有源器件的噪声 噪声系数: 描述系统或放大器的噪声情况(F)。 定义： F＝输入信噪比/输出信噪比 用功率形式表达： 如何得到En和In？ Eni2= En2 + In2 Rs2 当Rs＝0，Eni2= En2 当Rs＝∞，Eni2= In2 Rs2 取Rs＝0，（输入短路），测出Eno , 得En＝Eno/Kv 取Rs较大时，测得Eno’ ， 得Eni＝Eno’/Kv= In Rs In = Eno’/(KvRs) 考虑3级放大器，总得输出噪声功率Po为： 1－4 低噪声前置放大器的设计 二．器件的选择 电容：用云母和瓷介电容器。大容量时选择钽电解电容器。 根据信号源电阻来选择不同的放大器。 四． 阻抗匹配网络 由于Rs ≠Rso，可用阻抗匹配网络来改变等效输入阻抗。 1. 变压器匹配 ? 四． 阻抗匹配网络 由于Rs ≠Rso，可用阻抗匹配网络来改变等效输入阻抗。 1. 变压器匹配 Rso＝n2Rs，改变n即可。缺点：会带来信号频率失真 2. 输入级并联法 N个完全相同的放大器并联，则R’so＝Rso/N ? 1－5 抑止干扰和噪声的外部方法 ?一．屏蔽 1．? 主要导线屏蔽 2、主要印刷电路走线屏蔽 3、部分装置的屏蔽 4、整个装置的屏蔽 ? 二．接地 1、电路单点接地 2、电路多点接地 3、电路混合接地 4、屏蔽体接地 三．隔离 1、变压器隔离 2、光电耦合器隔离 PNA为放大器内部的噪声功率 结论：F越小，说明系统越好，能检测到的信号也越小，检测灵敏度越高。 高噪声放大器 低噪声放大器 最佳源电阻与噪声匹配 级联放大器的噪声系数 结论：1. 放大倍数分配原则先大后小。 2．第一 级放大器噪声对系统影响最大， 重点要减少前置放大器的噪声系数。 3．以上公式和结论适合于线性电路中。 弗里斯公式： 运算放大器的噪声特性 大量晶体管（PN结产生散弹噪声），一定数量的电阻（热噪声），引脚（1/f噪声） 返回 选择Rs＝Rso，使F最小，抑制噪声最好。 一．从Fmin出发选择最佳的源电阻Rso. 例：信号源输出电阻R