电路噪声和抗干扰措施(ppt)

由于电阻受热影响，其起伏噪声电压的变化是不规则的, 其 瞬时振幅和瞬时相位是随机的, 所以无法计算其瞬时值。只能统 计其平均值，一般用电压均方根值表示。为便于运算，把电阻 R看作一个噪声电压源（或电流源）和一个理想无噪声的电阻 串联（或并联），如图所示。
当实际电路中包含多个电阻时。每一个电阻都将引入 一个噪声源。一般若有多个电阻并联时，总噪声电流等 于各个电导所产生的噪声电流的均方值相加，若有多个 电阻串联时，总噪声电压等于各个电阻所产生的噪声电 压的均方值相加。
（EMI）
现场干扰：个人手机、笔记本、测试仪等 电源、器件之间、PCB走线之间的串扰等
二、电子电路PCB设计时遇到的噪声种类
三种噪声源：器件噪声、辐射噪声和传导噪声
（一）器件噪声
电阻热噪声（Thermal Noise） 电感噪声 晶体管噪声 场效应管噪声 闪烁噪声（1/f 噪声） 散粒噪声（Shot Noise） 爆米花噪声(popcorn frequency) 放大器噪声等
电路噪声和抗干扰措施(ppt)
电路噪声和抗干扰措施
电子系统的噪声和干扰
一、研究噪声和干扰的必要性
设计人员经常遇到的情况：硬件部分设计出来以 后，却发现电路中的噪声太大，不得不进行重新设计 和布线。
电子电路的噪声问题更多地依赖于经验去解决, 而不是根据规范的方法和严格的科学计算。但是， 避免噪声还是存在一定的设计准则去遵循，并在电 路设计开始时，就应该认真考虑与噪声相关的问题。
起伏电流流经电阻R 时，电阻两端就会产生噪声电压 n
和噪声功率。常以S V ( f ) 表示噪声的电压功率谱密度，S I ( f ) 表示噪声的电流功率谱密度。 理论和实践证明，当温度为T（K）时，阻值为R的电阻所 产生的噪声电压功率谱密度和噪声电流功率谱密度分别为
SV(f)4kTR SI(f)4kTR14kTG
2 n
2 nr
Q2
4kTrB
Lபைடு நூலகம்
r
2
4kT
2 L2 r
B
4kTRe B
得到如图8.2.5(b)所示的等效电路。
注意：
1、热噪声电压虽很小，但被多级放大后，特别是有用 信号很微弱的情况下，会淹没在噪声中而无法被处理。
2、理想电抗元件是不会产生噪声的, 但实际电抗元件 是有损耗电阻的, 这些损耗电阻会产生噪声。对于 实际电感的损耗电阻一般不能忽略, 而对于实际电 容的损耗电阻一般可以忽略。
电子系统的噪声和干扰
一、研究噪声和干扰的必要性
噪声与干扰没有本质区别，习惯上从器件外部窜扰进来的, 称为外部噪声（干扰），从器件内部产生的, 称为内部噪声。
PCB调试时频繁遇到噪声称为： 器件噪声、辐射噪声和传导噪声。
干扰源： 自然干扰：天电干扰、宇宙干扰、大地干扰 工业干扰：广播电视、无线基站、工业设备
输入信 S/噪 N i 1比 0p p ln sg ： ii(d）B
ps :某特定频率信号的功率 pn：噪 声 功 率
输入参照噪声总量
其中，
指放大器的噪声电压； 指信源电阻； 指信源电阻的热噪声； 指放大器的噪声电流
噪声系数：描述放大器噪声性能的一个重要指标 噪声系数的定义
1、信噪比： 四端网络某一端口处信号功率与噪声功率之比。 信噪比SNR( Signal to Noise Ratio)通常用分贝数表示。
S/N 10lg ps (dB） pn
其功率谱密度为 SI 2qIO
式中 I O 为流过PN结的电流， q 为电子电荷量。
由于晶体三极管的发射结正偏，所以散粒噪声主要 决定于发射极工作电流 I e ，其噪声电流的均方值为
ie2n 2qIeB
散粒噪声（Shot Noise）
对于场效应管来说： 散粒噪声是由栅极内的电荷不规则起伏所引起的噪 声。对结型场效应管来说，则由通过PN结的漏电流引 起的噪声电流均方值为
例：电阻热噪声的计算 结论：电阻越大、温度越高，电阻的热噪声越大。
对于LC并联谐振电路，所产生的噪声电压均方值为
n2 4kTReB
式中，R e 为谐振电路的谐振电阻。
r 对图8.2.5(a)所示的电路来说，损耗电阻
声电压均方值为
2 nr
4kTrB
在回路谐振时，折算到
所产生的噪
ab两端的电压均方值为
in2g 2qIG B
式中 I G 为栅极漏泄电流。
爆米花噪声(popcorn frequency)
半导体的表面若受到污染便会产生这种噪声， 其影响长达几毫秒至几秒，噪声产生的原因仍然 未明，在正常情况下，并无一定的模式。生产半
)：
导体时若采用较为洁净的工艺，会有助减少这类 噪声。
运算放大器噪声 运放输入端等效（换算）噪声电压的计算：
闪烁噪声（1/f 噪声）
由于半导体晶体表面不断产生或整合载流子而产 生的噪声。闪烁噪声大多集中在低频范围，对电阻器 及半导体会造成干扰，而双极芯片所受的干扰比场效 应晶体管大。其功率频谱密度随频率降低而增大。在 高频工作时, 可以忽略闪烁噪声。
散粒噪声（Shot Noise）
对于双极型晶体管，散粒噪声是主要噪声源。 它是由单位时间内通过PN结载流子数目的随机起 伏而造成的。这种噪声具有宽带的特性。 散粒噪声的大小与晶体管的静态工作点电流有关，
（1）电阻热噪声（Thermal Noise）
电阻中的带电微粒（自由电子）在一定温度下受到热激发 后，在导体内部作无规则的运动（热骚动）而相互碰撞，两次 碰撞之间行进时，就产生一持续时间很短的脉冲电流。许多这 样的随机热骚动的电子所产生的这种脉冲电流的组合，就在电 阻内部形成了无规律的电流。在一足够长的时间内，其电流平 均值等于零，而瞬时值就在平均值的上下变动，称为起伏电流。 温度越高, 运动越剧烈。只有当温度下降到绝对零度时, 运动才 会停止。自由电子这种热运动在导体内形成非常微弱的电流, 起伏噪声电流流过电阻本身就会在其两端产生起伏噪声电压。
在频带宽度B内产生的热噪声电压均方值和电流的均方 值分别为
n2 4kTRB in2 4kTGB
以上各式中，k 为玻耳兹曼常数（Soltzmann Constant） k =1.38×1 0 2 3 J K ；T 为热力学温度，单位为K 。
因此，噪声电压或电流的有效值为
n2 4kTRB
in2 4kTGB