電路中常見的內部噪聲及外部噪聲源

　　噪聲重要與否，取決于它對目標電路工作的影響程度。

　　例如，一個開關電源在3 MHz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生任何影響。但是，如果該開關電源為RF鎖相環(PLL)供電，結果可能大不相同。

　　為了成功設計一個魯棒的系統，了解噪聲源至關重要。就低壓差(LDO)調節器而言或者說任何電路，噪聲源都可以分為兩大類：內部噪聲和外部噪聲。

　　內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，內部噪聲是指任何電子器件內部產生的噪聲，外部噪聲則是指從電路外部傳到電路中的噪聲。

　　圖1. 顯示內部和外部噪聲源的簡化LDO框圖

　　內部噪聲有許多來源，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區到熱區的躍遷點稱為轉折頻率。

　　圖2. 典型噪聲功率與頻率的關系

　　熱噪聲，隨機但有通式

　　在絕對零度以上的任何溫度，導體或半導體中的載流子(電子和空穴)會發生擾動，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(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)

　　粉紅浪漫?NO，這里只有1/f 噪聲

　　1/f 噪聲來源于半導體的表面缺陷，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kHz時，關系曲線幾乎是平坦的。1/f 噪聲也稱為粉紅噪聲，因為其權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、器件類型和半導體材料，因此，要創建其數學模型極其困難，通常使用各種情況的經驗測試來表征和預測1/f噪聲。

　　一般而言，具有埋入結的器件，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

　　散粒噪聲發生在有勢壘的地方，例如PN結中。半導體器件中的電流具有量子特性，電流不是連續的。當電荷載子、空穴和電子跨過勢壘時，就會產生散粒噪聲。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。爆米花噪聲表現為電路的偏置電流或輸出電壓突然發生偏移，這種偏移持續的時間很短，然后偏置電流或輸出電壓又突然返回其原始狀態。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。但由于現代半導體工藝技術的潔凈度非常高，爆裂噪聲幾乎已經被消除，不再是器件噪聲的一個主要因素。

　　外部噪聲外部噪聲源遠多于內部噪聲源，包括以下幾類：

　　• 耦合到敏感電路中的電磁場。

　　• 導致壓電材料產生干擾交流電壓的機械沖擊或振動。

　　• 來自其他電路，通過電源或設計不佳的PCB布局布線傳導或輻射到電路中的噪聲。