1Hz~100kHz范圍內平滑的白噪聲源

白噪聲對測試多種不同類型的電路來說大有裨益。當結合FFT分析儀使用時，平滑的噪聲源有助于快速、簡便地生成電路增益布局圖。如果某電路中的噪聲為平滑噪聲且噪聲量已知，則其輸出電路的增益就很容易確定，甚至可以目測出來。這種方法早在1978年就已經被用于HP3582A低頻頻譜分析儀(參考文獻1)。

一個可以生成白噪聲的“現代化”方式就是使用CPLD或FPGA中的數字移位/反饋寄存器裝置。有些人甚至還創造出了一種用于生成高斯白噪聲的平行排列微控制器。

下面的實現方式均為模擬，如需要，帶有通孔的某些部件也可以使用，使原型的安裝更容易些。

眾所周知，齊納二極管是一個很好的寬帶噪聲源。如往常一樣，其訣竅在于找到一個在所需頻率范圍內比較平滑的二極管。Jim Williams在其5MHz寬帶噪聲發生器中使用了一個6.8V的普通齊納二極管。通過反向偏置NPN晶體管的基極-發射極結點并將其用作噪聲二極管也較常見。本設計實例旨在生成1Hz~100kHz頻率范圍內比較平滑的大量噪聲，以進行FFT測試。

使用6.8V的齊納二極管的確會產生寬帶噪聲，但在低頻率中存在大量的1/f噪聲且不平滑，無法傳至DC。因此在此設計中，使用了可靠的12V齊納二極管作為噪聲源，這些二極管在頻率范圍內比較平滑，可產生大量的固有噪聲，且在9V電池的放電壽命下運作良好(參考文獻2)。

當所使用的二極管偏置至18V時，它會通過1MΩ電阻產生約20mVRMS的固有噪聲。這一縮放是偶然的，因為峰峰值約為該值的5倍—100mV。

為了對DC偏移誤差進行不斷檢測，使用老式的LF412雙路JFET輸入運算放大器來放大兩個x10步驟中的二極管噪聲。

圖1給出了所建立的電路。齊納二極管的偏置通過1MΩ的電阻從串聯的兩個9V電池(18V)中發生。LF412在兩個9V電池間進行單塊供電運行。在低輸入電流和低偏移電壓下，可以不使用笨重的輸出耦合電容器，因為輸出的DC值在地面的毫伏范圍內。雖然LF412不是低噪聲運算放大器，但其噪聲電平仍遠低于二極管的固有噪聲電平，因而不用擔心這一點。

在兩個x10步驟中，U1A和U1B大約可將齊納噪聲放大至1V和10V峰峰值。對測試中的電路而言，如果該噪聲太大，可使用1kΩ的R8和R9來制成一個分壓器，從而將噪聲電平降至所需值。

圖2給出的是電路中產生的噪聲，該噪聲在1Hz~100kHz頻率范圍間保持平滑狀態。較高的100kHz頻率衰減在x100輸出中小于0.5dB，如需要，可將頻率相關增益增加至U1B。但對于此次試驗而言，沒有這個必要。為進行比較，圖2還給出了在最小電容下運行的LM317穩壓器的噪聲布局圖，盡管該裝置通常被認為是“非常吵的穩壓器”，但是與12V的齊納二極管和一些增益相比，它就不值得一提了。

由于使用了穩定的低功率FET放大器和陶瓷耦合電容器，由離散氣流的溫度梯度引起的1/f噪聲被抑制在最低限度。然而為了達到最大的穩定性，該設計實例應在某個封閉場合中進行，并遠離循環氣流。

電路消耗僅為4mA，當電池用至7V時，普通9V堿性電池的壽命預計大于100小時。而設計電路的噪聲變化約為電池壽命的15％，如需要，可使用一個更為復雜和穩定的偏置裝置來改善這一點。