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标题: 噪声测量 [打印本页]

作者: porereading 时间: 2012-7-25 20:17 标题: 噪声测量

噪声测量

设计低噪声电子系统时，我们必须通过测量噪声评估性能或对比可供选择的设计。噪声测量基本上与其他电气指标的测量方法一样，最主要的差别是电压电平。有些特定噪声参数可以推导 (参见前面的文章)，如噪声电压 En、噪声电流 In 和噪声系数NF。掌握并了解其中每一种技术指标对于设计系统非常有用，而且便于测量。

由于噪声电压的量级往往只在毫微伏范围内，因此直接在噪声源测量噪声几乎是不可能的。我们不能将敏感的伏特计放在放大器输入端测量噪声。一般来说，噪声源实际上并不位于输入端，而是分布在整个系统中。总噪声是所有噪声源产生的噪声之和。任何情况下，放大器/系统输出端信噪比都是主要考虑因素，因为这里是连接继电器、仪表、显示器或其他输出设备的位置。噪声通常在系统输出端口测量，此处噪声电平最高。

正弦波测量法和噪声源测量法是两种常用的噪声测量技术。我们采用正弦波测量法测量放大器输出端rms噪声，利用正弦波信号测量转换器电压增益，最后将输出噪声除以增益求出等效输入噪声。这种方式可以测量高电平噪声和增益。噪声源测量法采用经过校准的宽带噪声发生器 (我们将在下周详细讨论这种方法)。测量放大器输出端总噪声功率，然后校准噪声电压，使其大到输入端插入输出噪声功率的两倍。这样，可以使噪声发生器电压等效于放大器输入噪声。

正弦波和噪声源测量法有其各自的应用领域以及特定的技术规格极限。两种测量方法的选择取决于频率范围和使用的设备。正弦波测量法需要进行多项测量，但可以采用通用测试仪，而且更适合用于低频测量。噪声源测量法一般比较简单，适合用于高频测量。

考虑电阻等器件的噪声时，我们往往只关注一种噪声机制，如热噪声 (Et=√4kTR∆f)。对于传感器放大器，我们不仅要了解放大器大量噪声源产生的噪声，而且要注意整个系统的信噪比。由于信号位于放大器输入端，因此逻辑上所有放大器和输入网络噪声之和等于输入噪声参数。

将等效输入噪声Eni定义为与传感器电阻串联的Thevenin等效噪声电压发生器，等于传感器和放大器噪声之和，如图1所示。

图1采用正弦波测量法测量等效输入噪声

图1显示信号输入点所有放大器和输入噪声。由于信号源和噪声源位于同一点，并采用相同的转换系数，因此等效输入噪声与信噪比成反比。

测量等效输入噪声是确定 NF 和放大器噪声电压与噪声电流参数特性的基础。正弦波和噪声源测量法都可以用来测量 Eni。正弦波测量法需要测量输出噪声 Eno 和转换电压增益 Kt。输入噪声测量方法如下：
1) 测量转换电压增益Kt
2) 测量总输出噪声Eno
3) 将输出噪声 (Eno) 除以转换电压增益 (Kt) 计算等效输入噪声 Eni

当然，如图1所示，转换电压增益 Kt 也可以定义为
Kt=Vo/Vs
式中，Vs是输入正弦波信号，Vo是输出正弦波信号。将总输出噪声除以增益可求出等效输入噪声 Eni；
Eni=Eno/Kt
式中，Eno 是放大器输出噪声。

要测量转换电压增益 Kt，我们可以插入电压发生器 Vs与电源电阻 Zs 串联，测量信号 Vo。转换电压增益 Kt 是 Vo 与 Vs 之比。由于这个增益必须在信号电平高于噪声电平的条件下测量，因此一定要保证放大器在将输入信号放大两倍半的情况下不饱和，输出相应地也为两倍半。请注意，Kt 取决于电源阻抗和放大器输入阻抗。同时注意，测量转换电压增益时，发生器阻抗必须等于信号源阻抗。不能使用放大器的电压增益。如果测量不同频率或电源阻抗的等效输入噪声，每次必须在每种频率下采用电源阻抗重新测量转换电压增益 Kt 和输出噪声 Eno。

计算 Eni 的下一步是测量总输出噪声Eno。取消信号源，用短路插头取代。不要取消电源电阻 Zs。现在用 rms 伏特计测量输出噪声 Eno。等效输入噪声 Eni 为 Eno/Kt 的比值。

测量噪声之前，必须取消测试电路中的信号源。无论信号源采用交流电源还是电池供电，这都是必要的。两种情况下，其接地电容会产生拾取噪声。同时，如果连接电源线或地线，接地环路有可能产生拾取噪声。计算噪声频谱密度时，可将等效输入噪声除以噪声带宽∆f的平方根。测量调谐放大器噪声时，分析仪的带宽必须窄于放大器的带宽。测试宽带非调谐放大器时，三分之一频率的带宽或与频率相等的带宽可保证足够的精度。

当然，评估高性能放大器整体性能 (无论高频还是高精度放大器) 时，应很好地规定并了解上述每一种参数，并结合到整体系统误差预算中。请记住，尽管数据手册有助于选择技术规格符合误差预算要求的放大器，但设计人员一般需要在实际电路/系统环境下单独测量上述每一种参数，以实现最佳

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