电路噪声分析

电阻噪声
惠斯通电桥（压力、温度等）噪声分析如下图所示。 这里注意：在仅分析电阻噪声时，电阻可简化为上图最后一种模型，实际中一般 简化为上图的第三种模型，因为要考虑运放的电流噪声（噪声是求均方根和运算）。
运算放大器噪声
运算放大器噪声模型如下图所示。 放大器噪声分为两类：1 电压噪声；2 电流噪声。在运放内部由许多晶体管组 成，这些晶体管都有噪声，幸运的是所有的这些噪声都可以折合到运放的输入端（ 一般是同相输入端），如下图的Vx。
低噪声设计都采用高品质薄膜电阻，因此可以忽略电流噪声，只关注于热噪 声。
电阻噪声
下图是理想电阻的热噪声计算公式，可以看出，它取决于温度、电阻、带宽和 玻尔兹曼常数。记住与电阻相关的参数很有用，但在实际设计中，并不要求大家记 住这个公式，因为我们有一个非常方便的速算法，请注意这里是均方根电压（所谓 的有效值电压）而不是峰峰值电压。 公式中含有一个常数项：玻尔兹曼常数K；第二项是温度，这里请注意，噪声 随温度升高而增大，此温度的单位为开尔文K，因此温度对噪声的影响不如你想象 的那样大，例如温度从25℃升高到85℃（标准工业温度范围的上限），只相当于K 式刻度上的20%多一点，再取平方根，其对噪声的影响只有约10%，多数工程师会忽 略温度对噪声的影响，但要记住我们看到的噪声规格都是在25℃的值；第三项是电 带宽，最后一项是阻值。
数据手册中一般都有二者关系，如下图所示。
注意此电路未 考虑电阻噪声
扰办法包括：输入端滤波、屏蔽、采用双绞线输入。
外部噪声
电源噪声
电子电路抑制电源线干扰的能力有限，尤其是频率较高时，因此必须先消除 电源线上的高频干扰，使其无法到达低噪声电路，可以对电源进行适当滤波，以 及IC本身采取良好的旁路措施。敏感模拟电路和逻辑数字电路应采用不同的电源
，或至少应深度滤波。
有些低噪声场合甚至需要采用基准源作为传感器的电源，前提是传感器的功 耗极低。
外部噪声
接地环路
原理图上到处都是接地符号，必须注意，在实际电路中，任何两点的电位都不可 能完全相等，电流会流经地线，从而产生电位差，必须考虑电流如何流动，并将高电 流路径与敏感电路路径隔离，例如使用星型接地配置、将数字地与模拟地单点连接。
注意：外来噪声源经常会覆盖电路本身的噪声。
内部噪声
内部噪声来源于信号链中的电路元件，IC元件的数据手册中相关的
内部热噪声
这种噪声与电阻内部构成原理无关，仅取决于总电阻、温度、带宽，它
与所施加的信号无关。
附加电流噪声 一般称为过量噪声，它取决于电阻的构造，与热噪声不同，电阻电流噪 声与所施加的电压有关。薄膜电阻和绕线电阻具有出色的电流噪声性能，其
主要是内部热噪声。碳膜电阻则不然，一般认为其噪声性能较差，后面讨论
若有外部噪声引起干扰，应优先解决外部噪声
内部噪声
来源于器件本身
外部噪声 有些工程师认为，这不应称为噪声，因为它不是 随机产生的，使用干扰一词也许更为恰当。 三种外部噪声来源：
1 RFI（射频干扰）耦合
2 电源噪声
3 接地环路
外部噪声
RFI（射频干扰）耦合
我们的周围充斥着各种电磁波，这种电磁波很容易耦合进电路中，虽然这些电磁 波通常在目标带宽以外，但器件非线性有时会调整这些信号，将其带入目标带宽区 域中，特别是连接传感器的引线较长时，一般会从输入引线进入电路。抑制射频干
运算放大器噪声
运放电压噪声规格在数据手册中通常以两种方式表示： nV/ ������������ uVpp或uVrms 下表为AD8226的技术规格书中关于电压和电流噪声的描
述。
运算放大器噪声
查看数据手册中的噪声特性时，一定要注意说明的是折合到输入端RTI （Referred to Input）还是折合到输出端RTO（Referred to Output）,如果没 有特殊说明，一般都是按照折合到输入端来说的。但是对于其他类型的固定增益 放大器，例如差动放大器，噪声可能是折合到输出端。请注意这种噪声会被放大 器放大，例如增益为10的同相放大器，出现在输出端的噪声将是指标中给出的数 据的10倍，如下如所示。一些电路配置的噪声增益可能大于信号增益，例如反相 配置的放大器，例如信号增益为-1的反相放大器，其噪声增益实际为2。为了确 定实际噪声增益，需要将所有外部电压源短路，同时记住可以将电路的RTI噪声 看做是出现在放大器正输入端的噪声，如果以这一假设分析电路，应该能确定噪 声所接受的增益。
目 录
一、电路的内部噪声与外部噪声 二、电路中主要的内部噪声
三、噪声分析常用单位 四、噪声的计算 电路噪声分析 五、低噪声电路设计技巧
六、同相输入运放噪声计算 七、仪表放大器噪声计算
八、运放的输出噪声与ADC的输入噪声
因为专业 所以安全
一、电路的内部噪声和外部噪声
一般电路噪声分两种：
外部噪声
来源于IC外部
性能规格就是描述的这类噪声。 典型的内部噪声源包括：传感器、电阻、运算放大器、模数转换器
，这些噪声源是今天讨论的重点。
二、电路中主要的内部噪声
一般电路中主要有三种内部噪声：
电阻噪声 运算放大器及仪表放大器的噪声
电压噪声及电流噪声
模数应了解电阻噪声，电阻噪声分为两类：
电阻噪声
大家应当记住下面的公式，1KΩ电阻在室温下的热噪声是4nV/√������������无论从事何
种噪声相关工作，这个公式都将让大家永远受益。 这个公式很容易应用到其他电阻值的热噪声计算，只需要将被测电阻值开平方 再乘以4nV/√������������即可。
电阻噪声
讨论几个常用电阻电路的热噪声计算，下图为电阻分压器的电阻热噪声分 析模型。 记住在分析噪声时，应将电源等效为地，它与分析放大电路的交流通路一 样。
仪表放大器噪声
仪表放大器的噪声计算与运算放大器的噪声计算稍有不同，对于运算放大器， 所有内部晶体管噪声都可以折合到输入端，换言之，所有噪声源都会按增益比例缩 放，仪表放大器则不然，电路中的一些噪声会按照增益比例缩放，而其他噪声则与 增益无关，这里与增益相关的噪声量显示为ein，与增益无关的噪声量显示为eno，