電子電路噪聲分析.doc

電子電路噪聲分析摘要對(duì)于電子線路中所標(biāo)稱的噪聲，可以概括地認(rèn)為，它是對(duì)目的信號(hào)以外的所有信號(hào)的一個(gè)總稱。最初人們把造成收音機(jī)這類音響設(shè)備所發(fā)出噪聲的那些電子信號(hào)，稱為噪聲。但是，一些非目的的電子信號(hào)對(duì)電子線路造成的后果并非都和聲音有關(guān)，因而，后來人們逐步擴(kuò)大了噪聲概念。例如，把造成視屏幕有白班呀條紋的那些電子信號(hào)也稱為噪聲?？赡芤哉f，電路中除目的的信號(hào)以外的一切信號(hào)，不管它對(duì)電路是否造成影響，都可稱為噪聲。例如，電源電壓中的紋波或自激振蕩，可對(duì)電路造成不良影響，使音響裝置發(fā)出交流聲或?qū)е码娐氛`動(dòng)作，但有時(shí)也許并不導(dǎo)致上述后果。對(duì)于這種紋波或振蕩，都應(yīng)稱為電路的一種噪聲。又有某一頻率的無線電波信號(hào)，對(duì)需要接收這種信號(hào)的接收機(jī)來講，它是正常的目的信號(hào)，而對(duì)另一接收機(jī)它就是一種非目的信號(hào)，即是噪聲。在電子學(xué)中常使用干擾這個(gè)術(shù)語，有時(shí)會(huì)與噪聲的概念相混淆，其實(shí)，是有區(qū)別的。噪聲是一種電子信號(hào)，而干擾是指的某種效應(yīng)，是由于噪聲原因?qū)﹄娐吩斐傻囊环N不良反應(yīng)。而電路中存在著噪聲，卻不一定就有干擾。在數(shù)字電路中。往往可以用示波器觀察到在正常的脈沖信號(hào)上混有一些小的尖峰脈沖是所不期望的，而是一種噪聲。但由于電路特性關(guān)系，這些小尖峰脈沖還不致于使數(shù)字電路的邏輯受到影響而發(fā)生混亂，所以可以認(rèn)為是沒有干擾。 當(dāng)一個(gè)噪聲電壓大到足以使電路受到干擾時(shí)，該噪聲電壓就稱為干擾電壓。而一個(gè)電路或一個(gè)器件，當(dāng)它還能保持正常工作時(shí)所加的最大噪聲電壓，稱為該電路或器件的抗干擾容限或抗擾度。一般說來，噪聲很難消除，但可以設(shè)法降低噪聲的強(qiáng)度或提高電路的抗擾度，以使噪聲不致于形成干擾。關(guān)鍵詞：電路噪聲 電路干擾 電路信號(hào) 尖峰脈沖ABSTRACTIn common use, the word noise means unwanted sound or noise pollution. In electronics noise can refer to the electronic signal corresponding to acoustic noise (in an audio system) or the electronic signal corresponding to the (visual) noise commonly seen as snow on a degraded television or video image. In signal processing or computing it can be considered data without meaning; that is, data that is not being used to transmit a signal, but is simply produced as an unwanted by-product of other activities. In Information Theory, however, noise is still considered to be information. In a broader sense, film grain or even advertisements in web pages can be considered noise. Noise can block, distort, or change/interfere with the meaning of a message in both human and electronic communication. In many of these areas, the special case of thermal noise arises, which sets a fundamental lower limit to what can be measured or signaled and is related to basic physical processes at the molecular level described by well-established thermodynamics considerations, some of which are expressible by relatively well known simple formulae.Key words： Circuit noise Circuit interference Circuit signal Peak pulse 第1章 電路噪聲11.1電路噪聲的簡(jiǎn)單介紹11.2、電子電路中噪聲的產(chǎn)生及抑制方法2第2章 噪聲的簡(jiǎn)單分類32.1、沖擊噪聲32.2、熱噪聲32.3、閃爍噪聲（1/f噪聲）32.4、突發(fā)噪聲（爆米花噪聲）42.5、雪崩噪聲4第3章 幾種簡(jiǎn)單電路的噪聲分析43.1 前置放大器的元件選擇原則43.1.1、采用高精度的運(yùn)算放大器的必要性53.1.2、運(yùn)算放大器對(duì)供電電壓的要求53.1.3、滿擺幅對(duì)輸出電壓的影響53.1.4、增益帶寬問題的影響53.2幾種簡(jiǎn)單電路的噪聲分析63.2.1反相放大電路的噪聲分析63.2.2位置敏感探測(cè)器測(cè)量電路噪聲分析103.2.3 光電探測(cè)電路噪聲分析13結(jié)論16參考文獻(xiàn)：16致謝17第1章 電路噪聲1.1電路噪聲的簡(jiǎn)單介紹首先是對(duì)電路中經(jīng)常見的噪聲做一個(gè)介紹。將噪聲定義為電子系統(tǒng)中任何不需要的信號(hào)。噪聲會(huì)導(dǎo)致音頻信號(hào)質(zhì)量下降以及精確測(cè)量方面的錯(cuò)誤。板級(jí)與系統(tǒng)級(jí)電子設(shè)計(jì)工程師希望能確定其設(shè)計(jì)方案在最差條件下的噪聲到底有多大，并找到降低噪聲的方法以及準(zhǔn)確確認(rèn)其設(shè)計(jì)方案可行性的測(cè)量技術(shù)。 噪聲包括固有噪聲及外部噪聲，這兩種基本類型的噪聲均會(huì)影響電子電路的性能。外部噪聲來自外部噪聲源，典型例子包括數(shù)字交換、60Hz噪聲以及電源交換等。固有噪聲由電路元件本身生成，最常見的例子包括寬帶噪聲、熱噪聲以及閃爍噪聲等?？梢愿爬ǖ卣J(rèn)為，噪聲是除目的信號(hào)以外的所有信號(hào)的一個(gè)總稱。最初人們把造成收音機(jī)這類音響設(shè)備所發(fā)出噪聲的那些電子信號(hào)，就稱為噪聲。但是，一些非目的的電子信號(hào)對(duì)電子線路造成的后果并非都和聲音有關(guān)，因而，后來人們逐步擴(kuò)大了噪聲概念。例如，把造成視屏幕有白班和條紋的那些電子信號(hào)也稱為噪聲。可以說，電路中除目的的信號(hào)以外的一切信號(hào)，不管它對(duì)電路是否造成影響，都可稱為噪聲。例如，電源電壓中的紋波或自激振蕩，可對(duì)電路造成不良影響，使音響裝置發(fā)出交流聲或?qū)е码娐氛`動(dòng)作，但有時(shí)也許并不導(dǎo)致上述后果。對(duì)于這種紋波或振蕩，都應(yīng)稱為電路的一種噪聲。又有某一頻率的無線電波信號(hào)，對(duì)需要接收這種信號(hào)的接收機(jī)來講，它是正常的目的信號(hào)，而對(duì)另一接收機(jī)它就是一種非目的信號(hào)，即是噪聲。在電子學(xué)中常使用干擾這個(gè)術(shù)語，有時(shí)會(huì)與噪聲的概念相混淆，其實(shí)，是有區(qū)別的。噪聲是一種電子信號(hào)，而干擾是指的某種效應(yīng)，是由于噪聲原因?qū)﹄娐吩斐傻囊环N不良反應(yīng)。而電路中存在著噪聲，卻不一定就有干擾。在數(shù)字電路中。往往可以用示波器觀察到正常的脈沖信號(hào)上混有一些小的尖峰脈沖，這是不期望的，而是一種噪聲。但由于電路特性關(guān)系，這些小尖峰脈沖還不致于使數(shù)字電路的邏輯受到影響而發(fā)生混亂，所以可以認(rèn)為是沒有干擾。當(dāng)一個(gè)噪聲電壓大到足以使電路受到干擾時(shí)，該噪聲電壓就稱為干擾電壓。而一個(gè)電路或一個(gè)器件，當(dāng)它還能保持正常工作時(shí)所加的最大噪聲電壓，稱為該電路或器件的抗干擾容限或抗擾度。一般說來，噪聲很難消除，但可以設(shè)法降低噪聲的強(qiáng)度或提高電路的抗擾度，以使噪聲不致于形成干擾。1.2、電子電路中噪聲的產(chǎn)生及抑制方法噪聲主要是由于電路中的數(shù)字電路和電源部分產(chǎn)生的。在數(shù)字電路中，普遍存在高頻的數(shù)字電平，這些電平可以產(chǎn)生兩種噪聲：1、電磁輻射，就像電視的天線一樣，通過發(fā)射電磁波來干擾旁邊的電路，也就是噪聲。2、耦合噪聲，指數(shù)字電路和旁邊的電路存在一定的耦合，噪聲可以直接在電器上直接影響其他的電路，這種噪聲更厲害電源上存在的噪聲：如果是線性電源，首先低頻的50Hz就是一個(gè)嚴(yán)重的干擾源。由于初級(jí)進(jìn)來的交流電本身就不純凈，而且是波浪形的正弦波，容易對(duì)旁邊的電路產(chǎn)生電磁干擾，也就是電磁噪聲。如果是開關(guān)電源的話噪聲更嚴(yán)重，開關(guān)電源工作在高頻狀態(tài)，并且在輸出部分存在很強(qiáng)的諧波電壓，這些對(duì)整個(gè)的電路都能產(chǎn)生很大的噪聲。防止方法：合理地接地、采用差分結(jié)構(gòu)傳輸模擬信號(hào)、在電路的電源輸出端加上耦電容、采用電磁屏蔽技術(shù)、模擬數(shù)字地分開、信號(hào)線兩邊走，底線、地線隔離等等。其實(shí)這些在去除噪聲的方面只是冰山一角。本底噪聲是由電路本身引起的，由于電源的不純凈，電路的相位裕度和增益裕度不合適等等電路本身和器件的原因。這部分需要在電路設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行改進(jìn)。其他噪聲是由于電路布局布線不合理等人為因素造成。而電磁兼容、導(dǎo)線間干擾等模擬電路噪聲的消除更多地依賴于經(jīng)驗(yàn)而非科學(xué)依據(jù)。設(shè)計(jì)人員經(jīng)常遇到的情況是電路的模擬硬件部分設(shè)計(jì)出來以后，卻發(fā)現(xiàn)電路中的噪聲太大，而不得不重新進(jìn)行設(shè)計(jì)和布線。這種設(shè)計(jì)方法在幾經(jīng)周折之后最終也能獲得成功。不過，避免噪聲問題的更好方法是在設(shè)計(jì)初期進(jìn)行決策時(shí)就遵循一些基本的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并運(yùn)用與噪聲相關(guān)的基本原理等知識(shí)。而前置放大器也是減小噪聲的一個(gè)有效的方法。前置放大器是指置于信源與放大器級(jí)之間的電路或電子設(shè)備，例如置于光盤播放機(jī)與高級(jí)音響系統(tǒng)功率放大器之間的音頻前置放大器。前置放大器是專為接收來自信源的微弱電壓信號(hào)而設(shè)計(jì)的，已接收的信號(hào)先以較小的增益放大，有時(shí)甚至在傳送到功率放大器級(jí)之前便先行加以調(diào)節(jié)或修正，如音頻前置放大器可先將信號(hào)加以均衡及進(jìn)行音調(diào)控制。這也是減小噪聲的一個(gè)方法。第2章 噪聲的簡(jiǎn)單分類在做設(shè)計(jì)之前，必須仔細(xì)審視源自放大器的噪聲，一般來說，噪聲主要來自五個(gè)方面【1-4】：2.1、沖擊噪聲沖擊噪聲總是跟直流流動(dòng)相聯(lián)系的，它出現(xiàn)在二極管，MOS晶體管和雙極性晶體管中。I的波動(dòng)稱為沖擊噪聲，通常用其均方差來衡量。寫成，這里= （為平均電流）2.2、熱噪聲在一般電阻中，是有電子的隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)引起的，并不受是否存在直流電流的影響，這是因?yàn)閷?dǎo)體中典型的電子移動(dòng)速度遠(yuǎn)比電子的熱運(yùn)動(dòng)速度低。在電阻R中，熱噪聲可以由一系列的電壓發(fā)生器來表示。=2.3、閃爍噪聲（1/f噪聲）這是在有源設(shè)備中出現(xiàn)的一種噪聲，它同樣出現(xiàn)在一些離散的無源元件如炭膜電阻中。閃爍噪聲都是由直流電流引起的，它的頻譜密度形式為=在頻率f附近的小帶寬 I=直流電流K=對(duì)特定器件的常量 a=0.52之間的常量b=單位常量2.4、突發(fā)噪聲（爆米花噪聲）這是另一種出現(xiàn)在一些集成電路和離散晶體管中的低頻噪聲突發(fā)噪聲的頻譜密度可以用下面的式子來表示=對(duì)特定器件的常量I=直流電流C=在0.52之間范圍的常量=對(duì)特定噪聲作用的特定頻率2.5、雪崩噪聲這是由pn結(jié)發(fā)生齊納或雪崩擊穿引起的一種噪聲。雪崩噪聲發(fā)生的最常見的情況是電路中使用齊納二極管。第3章 幾種簡(jiǎn)單電路的噪聲分析3.1 前置放大器的元件選擇原則不管設(shè)計(jì)什么樣的電路，對(duì)電路原件的選擇都是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。它的電路的影響是不可的忽略。借用前置放大器的元件選擇原理來了解一下電路設(shè)計(jì)中對(duì)電路原件選擇時(shí)都需要考慮哪些方面。由于運(yùn)算放大器集成電路體積小巧、性能卓越，因此目前許多前置放大器都采用這類運(yùn)算放大器芯片。特別是為音響系統(tǒng)設(shè)計(jì)前置放大器電路時(shí)，必須清楚知道如何為運(yùn)算放大器選定適當(dāng)?shù)募夹g(shù)規(guī)格。在設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常會(huì)面臨以下問題。3.1.1、采用高精度的運(yùn)算放大器的必要性輸入信號(hào)電平振幅可能會(huì)超過運(yùn)算放大器的錯(cuò)誤容限，這并非運(yùn)算放大器所能接受。若輸入信號(hào)或共模電壓太微弱，設(shè)計(jì)師應(yīng)該采用補(bǔ)償電壓極低而共模抑制比極高的高精度運(yùn)算放大器。是否采用高精度運(yùn)算放大器取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要達(dá)到多少倍的放大增益，增益越大，便越需要采用較高準(zhǔn)確度的運(yùn)算放大器。3.1.2、運(yùn)算放大器對(duì)供電電壓的要求這個(gè)問題要看輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)電壓范圍、系統(tǒng)整體供電電壓大小以及輸出要求才可決定，但不同電源的不同電源抑制比(PSRR)會(huì)影響運(yùn)算放大器的準(zhǔn)確性，其中以采用電池供電的系統(tǒng)所受影響最大。此外，功耗大小也與內(nèi)部電路的靜態(tài)電流及供電電壓有直接的關(guān)系。3.1.3、滿擺幅對(duì)輸出電壓的影響低供電電壓設(shè)計(jì)通常都需要滿擺幅的輸出，以便充分利用整個(gè)動(dòng)態(tài)電壓范圍，以擴(kuò)大輸出信號(hào)擺幅。至于滿擺幅輸入的問題，運(yùn)算放大器電路的配置會(huì)有自己的解決辦法。由于前置放大器一般都采用反相或非反相放大器配置，因此輸入無需滿擺幅，原因是共模電壓(Vcm)永遠(yuǎn)小于輸出范圍或等于零(只有極少例外，例如設(shè)有浮動(dòng)接地的單供電電壓運(yùn)算放大器)。3.1.4、增益帶寬問題的影響尤其是對(duì)于音頻前置放大器來說，這是一個(gè)非常令人憂慮的問題。由于人類聽覺只能察覺大約由20Hz至20kHz頻率范圍的聲音，因此部分工程師設(shè)計(jì)音頻系統(tǒng)時(shí)會(huì)忽略或輕視這個(gè)”范圍較窄” 的帶寬。事實(shí)上，體現(xiàn)音頻器件性能的重要技術(shù)參數(shù)如低總諧波失真(THD) 、快速轉(zhuǎn)換率(slew rate)以及低噪聲等都是高增益帶寬放大器所必須具備的條件。3.2幾種簡(jiǎn)單電路的噪聲分析噪聲是電路中比較常見的問題，接下來給出反相放大器、位置敏感探測(cè)器和光電探測(cè)器這三種電路的噪聲分析。3.2.1反相放大電路的噪聲分析運(yùn)算放大器是最基本、最具代表性的、應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。隨著集成芯片制造工藝的提高和電路結(jié)構(gòu)的完善，相繼研發(fā)了一系列用于微弱信號(hào)檢測(cè)的高性能專用集成運(yùn)放，基于低噪聲運(yùn)放的放大電路得到了十分廣泛的應(yīng)用。用單片集成運(yùn)放及外部電阻就可以構(gòu)成同相放大電路或反相放大電路，它們是集成運(yùn)放的兩種基本電路形式。下面以反相放大電路為例，對(duì)電路的噪聲模型進(jìn)行分析。(1)總輸入噪聲譜密度計(jì)算運(yùn)算放大器的噪聲可用三個(gè)等效噪聲源來表示【5】：譜密度為的電壓源，譜密度分別為和的電流源，此外，電阻也會(huì)產(chǎn)生熱噪聲。上述噪聲源相疊加，再乘以放大電路的噪聲增益，即可算出輸出噪聲。反相放大電路噪聲模型如圖1所示。圖1 反相放大電路噪聲模型圖其中，噪聲增益是指運(yùn)算放大器電路對(duì)總輸入噪聲的增益。對(duì)于反相放大電路，噪聲增益為 （1）將電路的電流源噪聲和轉(zhuǎn)換為等效的電壓噪聲，有 （2）我們可將所有的電阻熱噪聲源合并，從而等效為一個(gè)輸入噪聲源，等效的輸入熱噪聲為 （3）其中，k為波爾茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，為噪聲帶寬。將上述各項(xiàng)相加可得總輸入噪聲譜密度為 (4)（2）總輸出噪聲計(jì)算根據(jù)式（1），式（4），可算出總輸出噪聲譜密度為 (5)噪聲的有效值與噪聲譜密度關(guān)系為： （6） （7）以上公式將在后面的推導(dǎo)中用到。（a）運(yùn)算放大器噪聲計(jì)算 對(duì)于運(yùn)算放大器，其噪聲是由白噪聲和噪聲疊加而成的【6】，如圖2所示。可以看出，在高頻部分主要是白噪聲起作用，在低頻部分主要是噪聲起作用。通常，將噪聲漸近線和白噪聲電平的交點(diǎn)稱為轉(zhuǎn)角頻率。用解析的方法可將噪聲功率密度表示為： （8） （9）其中：和是白噪聲電平，和是轉(zhuǎn)角頻率。將式（8）、式（9）分別代入式（6）、式（7）中，化簡(jiǎn)得到噪聲有效值與白噪聲電平、轉(zhuǎn)角頻率和頻帶的關(guān)系為： (10) (11) (a) (b) 圖2 典型的運(yùn)算放大器噪聲密度曲線圖(b) 總輸出噪聲計(jì)算 對(duì)于GBP為常數(shù)的運(yùn)算放大器來書，閉環(huán)帶寬為,式中，是運(yùn)算放大器的單位增益頻率。因此，可以將輸出頻譜密度表示為 （13）對(duì)進(jìn)行積分可得總輸出早色和那個(gè)的有效值。利用式（4）、（10）、（11）、（12），簡(jiǎn)化得： (14)即為總輸出噪聲的有效值。通常，采用6倍均方根噪聲方法估算噪聲的峰峰值（置信概率為99.7%）。前面介紹了運(yùn)算放大器構(gòu)成的反相放大器噪聲的計(jì)算過程，對(duì)于同相放大電路的噪聲分析及噪聲計(jì)算，與反相放大電路的分析類似。2.2.4代入數(shù)據(jù)驗(yàn)證 前文推導(dǎo)了運(yùn)放放大電路輸出噪聲的計(jì)算公式，下面列舉一個(gè)典型的例子，計(jì)算輸出噪聲。將運(yùn)算放大器連接成反相放大器，運(yùn)算放大器的單位增益帶寬為，計(jì)算大于0.1Hz頻率范圍的輸出噪聲有效值。將以上數(shù)據(jù)分別代入公式（14），即可分別求得：電壓噪聲分量為：電流噪聲分量為：熱噪聲分量為：則總輸出噪聲有效值為在該電路中，和遠(yuǎn)大于，可知，電路的噪聲性能是很差的，可以通過縮小電阻值的方法來改善。3.2.2位置敏感探測(cè)器測(cè)量電路噪聲分析位置敏感探測(cè)器(PSD)是一種基于橫向光電效應(yīng)的、用于對(duì)入射光斑位置的連續(xù)變化進(jìn)行測(cè)量的探測(cè)器，具有較高的靈敏度和寬的光譜響應(yīng)范圍，位置分辨力高，瞬態(tài)響應(yīng)性能好，結(jié)構(gòu)緊湊，PSD在精密尺寸測(cè)量、對(duì)接、震動(dòng)測(cè)量、轉(zhuǎn)角測(cè)量甚至三維形貌測(cè)量、機(jī)器人傳感等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用【7-9】。PSD雖然具有很好的性能，但對(duì)光源、環(huán)境溫度、外部測(cè)量電路性能均有較高的要求，只有在一定的使用條件下，才能充分發(fā)揮其性能。(a) 典型的測(cè)量電路原理位置敏感探測(cè)器（PSD）的測(cè)量電路如下圖（2）所示： 圖2一維PSD測(cè)量電路圖中u1，u2完成電流到電壓的轉(zhuǎn)換，u3完成減法的運(yùn)算，而U4則完成加法的運(yùn)算。AD734完成除法運(yùn)算，其中的系數(shù)可以用AD734的乘法功能實(shí)現(xiàn)。這樣可以獲得對(duì)應(yīng)位置的輸出電壓，直觀地進(jìn)行顯示。根據(jù)圖中電路， 可知： （3）式中：Vl，V2，Vsub,Vsum為電路中相應(yīng)節(jié)點(diǎn)處的電壓；為運(yùn)放反饋電阻。很明顯，電阻的不匹配、電路的噪聲、未消除的偏置、溫度漂移等都會(huì)給測(cè)量電路的精度帶來很大影響，這是需要在電路設(shè)計(jì)及實(shí)際調(diào)試中注意的主要問題。 （b） PSD位置分辨力及影響因素分析PSD的位置分辨力是其重要性能之一，它是指當(dāng)入射光點(diǎn)在PSD表面移動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)可以測(cè)量出來的最小位移量。假設(shè)入射光移動(dòng)位距離，則在輸出電極上的電流信號(hào)也將發(fā)生微小變化，假設(shè)變化為，則式(4)成立： (4)由式(5)可知，在僅考慮測(cè)量電路性能的情況下，PSD的位置分辨力由測(cè)量電路的信噪比決定，電路噪聲越低，光電流越大，則位置分辨力越高。為了評(píng)估測(cè)量電路的影響，建立PSD測(cè)量電路的等效噪聲模型，如圖3所示。 圖3 PSD測(cè)量電路的等效噪聲模型圖中PSD被作為電流源進(jìn)行等效，其中的Io為PSD輸出的總光電流，是PSD的暗電流，是PSD的等效內(nèi)電極電阻，是PSD的等效結(jié)電容，為電流一電壓轉(zhuǎn)換電路的反饋電阻，是反饋電容或的等效分布電容；是運(yùn)放OP的等效噪聲輸入電壓，是運(yùn)放OP的等效噪聲輸入電流。那么，在運(yùn)算放大器OP輸出端反映出來的噪聲電壓均方根值為： （6）式中：，為光電流和暗電流的散粒噪聲，q為電子電荷量，B為電路帶寬；，為PSD等效內(nèi)電阻的熱噪聲，k為玻爾茲曼常數(shù)；，為運(yùn)算放大器等效輸入電壓噪聲在輸出端的值；，為運(yùn)算放大器等效輸入電流噪聲在輸出端的值；，為反饋電阻的熱噪聲。針對(duì)幾種常用的典型低噪聲運(yùn)算放大器【10】 (見表1)，對(duì)PSD使用S3932的各種測(cè)量條件下的電路噪聲進(jìn)行了模擬。從表1可以知道，如果將運(yùn)放的溫漂看作噪聲干擾，則溫度的變化對(duì)測(cè)量電路的影響可能超過電路噪聲本身，將在一定程度上影響PSD位置分辨力，這是應(yīng)該注意的一個(gè)方面。S3932的峰值響應(yīng)波長(zhǎng)為960 nm，內(nèi)電阻典型值為，飽和光電流為100 uA，暗電流為02 nA20 nA，暗電流的溫度系數(shù)為每攝氏度115倍，結(jié)電容為80 pF。 表1 運(yùn)算放大器的性能 3.2.3 光電探測(cè)電路噪聲分析光電探測(cè)電路是光信號(hào)和電信號(hào)之間的橋梁。許多應(yīng)用領(lǐng)域需要把光的強(qiáng)度信息轉(zhuǎn)為易于處理的電子數(shù)字信號(hào)。實(shí)現(xiàn)這一功能的放大器通常稱為跨導(dǎo)放大器。（a） 光電探測(cè)電路的基本組成和工作原理根據(jù)光電二極管的特性可以知道，光電二極管的短路輸出電流與照度關(guān)系，所以光電探測(cè)電路一般都有較小的輸入電阻。典型的光電探測(cè)電路采用如圖1的電路結(jié)構(gòu)【11】。圖1 典型的光電探測(cè)電路通過簡(jiǎn)單的電路分析，可以得到放大器的輸出電壓： （1）式中為運(yùn)放的開環(huán)增益，由于一般在-量級(jí)，所以（1）式可以簡(jiǎn)化為 (2)運(yùn)放的等效輸入阻抗 （3）式中為運(yùn)放反向輸入端得輸入阻抗，對(duì)于電壓反饋型運(yùn)算放大器（VFB）一般在數(shù)百到得量級(jí)，所以（3）式可以簡(jiǎn)化為： （4）由于運(yùn)放的開環(huán)增益一般在-量級(jí)，所以約等于0（即光電耳機(jī)管的負(fù)載很?。?。（b）光電探測(cè)電路的噪聲分析整個(gè)探測(cè)電路的等效電路如圖2所示【12】：其中為光電二極管的樓電阻，是光電二極管的結(jié)電容、運(yùn)算放大器的反向輸入端得輸入電容、分布電容之和，、分別是運(yùn)算放大器的輸入噪聲電壓和輸入噪聲電流。在進(jìn)行進(jìn)一步的分析之前，先定義反饋網(wǎng)絡(luò)阻抗和輸入端得網(wǎng)絡(luò)阻抗： 1) 反饋電阻的熱噪聲反饋電阻的熱噪聲電壓的譜密度 (5)式中，K是波爾茲曼常數(shù),K是開氏溫度，由該式可以看出反饋電阻的熱噪聲電壓的譜密度與頻率無關(guān)。該噪聲電壓的噪聲增益為1，所在運(yùn)放的輸出的噪聲電壓： 定義信噪比，結(jié)合（2）、（6）式，可以看出，SNR與成正比，所以選用較大的對(duì)改善系統(tǒng)的信噪比是有益的。2） 運(yùn)放的輸入噪聲電流的影響輸入噪聲電流在運(yùn)放輸出端得噪聲輸出電壓 （7）由（7）式可以看出與頻率是有關(guān)系的。實(shí)際上，在詳細(xì)分析電路高頻性能時(shí)，（2）式中的也該是。3） 運(yùn)放的輸入噪聲電壓的影響【13】運(yùn)放輸入噪聲電壓的噪聲增益（Noise Gain ）NG (8)通過簡(jiǎn)單的推導(dǎo)可知 (9)所以在運(yùn)放輸出的噪聲電壓譜密度為 （10）一般情況下遠(yuǎn)小于，所以 （11）在低頻段，噪聲增益約為1；在高頻段上，上式簡(jiǎn)化為.以上僅系統(tǒng)的討論了各噪聲源在運(yùn)放輸出端得噪聲譜密度，要計(jì)算各噪聲源在運(yùn)放輸出端得噪聲電壓還應(yīng)該在噪聲帶寬（信號(hào)帶寬的1.57倍）內(nèi)對(duì)運(yùn)放輸出端得噪聲電壓譜密度的積分，最后再對(duì)這些噪聲電壓求均方根就可以求出整個(gè)系統(tǒng)的噪聲電壓，如下式所示： （12）結(jié)論綜合以上幾章分析，電子電路內(nèi)部噪聲主要為元器件噪聲。這些元器件噪聲在不同電路和工作狀態(tài)下相互作用產(chǎn)生的電路噪聲各不相同。針對(duì)以上噪聲，采取了選擇低噪聲器件、選擇合適電路和工作狀態(tài)等措施來抑制噪聲、提高信噪比。當(dāng)然實(shí)際信噪比除了與噪聲有關(guān)，還包括外來干擾信號(hào)，有關(guān)干擾信號(hào)的抑制，在抑制外來干擾噪聲方面則主要采用了合理選擇放大電路和器件的工作狀態(tài)、合理布線、濾波等措施。在精度教高的電路設(shè)計(jì)中噪聲雖然不可能避免但是我們可以盡可能的通過各種方式減小它的影響。參考文獻(xiàn)：1. 作者: PAUL R.GRAY , PAUL J.HURST , STEPHEN H.LEWIS , ROBERT G.MEYER 張曉林譯 書名 模擬集成電路的分析與設(shè)計(jì)（第四版 翻譯版），出處：高等教育出版社;2010(12)2作者：賽爾吉?dú)W.弗朗哥 劉樹棠 朱茂林 榮玫譯 書名：基于運(yùn)算放大器和模擬集成電路的電路設(shè)計(jì)出處：西安交通大學(xué)出版社；2010(