首页 > 应用 > 模拟技术
[导读]摘要本文简要介绍了两种放大器架构的噪声系数计算,包括inverting,non-inverting 架构的噪声系数计算,并提供计算小工具。Abstract: this article introduce the noise figure calculation of several architectur

摘要

本文简要介绍了两种放大器架构的噪声系数计算,包括inverting,non-inverting 架构的噪声系数计算,并提供计算小工具。

Abstract: this article introduce the noise figure calculation of several architecture, such as inverting, non-inverting, And also provide the calculation tool.

Key words: Noise figure, Inverting, non-inverting.

1. 引言

在各种放大器使用的场合,我们时常需要计算到放大器,却没有一个直观的方式来看放大器这一级对链路噪声的影响。本文讨论了各种放大器架构下,放大器的噪声系数的计算方式。

2. 放大器噪声指标

电子元件应用中,常见如下5 种噪声来源:

1. 散弹噪声(shot noise,白噪声,在频谱中表现为平坦的)

2. 热噪声(thermal noise,白噪声,在频谱中表现为平坦的)

3. 闪烁噪声(flicker noise,1/f 噪声)

4. 突发噪声(burst noise,脉冲噪声)

5. 雪崩噪声(Avalanche noise,反向击穿时才出现的噪声)

基本上每个放大器都有输入电压噪声和输入电流噪声两个指标。在频域,通常其单位用nV/rtHz,和pA/rtHz 来表征。 如下图:

输入电压噪声和电流噪声曲线图例.jpg

Figure 1 输入电压噪声和电流噪声曲线图例

按噪声种类来分, 其大致贡献在不同的频段如下:

噪声种类分布图.jpg

Figure 2 噪声种类分布图

如果把所有电容,电感都看做无噪声的器件,一个普通的放大器的输出噪声按主要的贡献可以按如下图所示:

放大器噪声分量分解.jpg

Figure 3 放大器噪声分量分解

其中电阻的噪声表征形式为 , K 为玻尔兹曼常数, K=1.3806505×J/K, T 为环境温度, 其单位是开尔文(K), K=273.15+摄氏度。 由这些参数, 可以简化估计电阻噪声的电压噪声贡献公式如下, 其单位是nV/rtHz

输出的噪声是这些分量的均方和:

公式1

这个公式分了6 项:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

如果仔细观察这个公式, 会发现这个计算里做了简化, 1) 2) 3) 分量来自于正端输入的电压噪声, 其折合到输出端的增益是等于噪声增益, 也就是,4)和6)项是来自于负端输入的电流噪声,其中4)项是运放自己的负端电流噪声, 而6)是的电压噪声转换成的电流噪声, 它们的输出增益就为 , 5) 项就是带来的电压噪声, 其折合到输出增益为1。

关于电阻引入的噪声(和 ,上式中的第5 项和第6 项), 如果折合成电压噪声其实也可以按照如下的假设计算,得到的结果一样:

输出模型

这里Gain 都为噪声增益: 1+/

最终得到的结果也和上面第4 项一样。

3. 信噪比计算

以上的计算还仅限于噪声谱密度的计算,在实际应用中其实主要要关注的是信噪比,这就要引入噪声计算中很重要的一点: 带宽。所以还需要考虑到带宽积分后的总噪声。

在得到一定带宽内的电压噪声密度后,需要把电压噪声换算成功率,才能进行积分计算,而不能直接把电压噪声直接积分,如下: 假设我们已知一个放大器的电压噪声密度为5nV/rtHz,如果要计算10Hz 以内的积分噪声,则按如下方式计算:

Figure 6 通过噪声谱密度计算综合噪声

公式2

公式3

如我们上面所述,放大器的噪声分布是分区域的,如果再算上通道的滤波效应,计算积分噪声的步骤如下:

噪声

假定最高处的噪声为e1/f@1Hz,则

                                        公式4

 

这里/

换一批

延伸阅读

[新鲜事] IBM公布50量子位计算机Q 干趴所有传统电脑

IBM公布50量子位计算机Q 干趴所有传统电脑

如今,IBM推出名为Q的量子计算项目。在未来几年,IBM计划打造超过50量子位的量子计算机,传统计算机将会被变成垃圾。 ......

关键字:IBM 50量子位计算机

[破谣言] 匪夷所思的脑洞:如果我们的世界是虚拟的,人都是由数据组成的..

匪夷所思的脑洞:如果我们的世界是虚拟的,人都是由数据组成的..

人究竟是真实的还是虚拟的?这一问题以前似乎只是哲学家才会去思考的问题,而科学家往往只需要研究世界运行的规律及其内在原理。不过,最近有许多物理学家、宇宙学家开始慢慢接受并宣扬一种关于世界存在的理论猜想,即宇宙并不是真实存在的,人类都生活于一个......

关键字:科学家 虚拟 计算机模拟世界

[趣科技] 全球超算PK:欧洲最强电脑性能只是中国2.5%

全球超算PK:欧洲最强电脑性能只是中国2.5%

超级计算机目前已经成为各国科技“军备竞赛”当中最热的领域之一。因此,每次全球Top 500计算机榜单发布的时候都会引来媒体的关注。其中,中国近些年在超级计算机领域所取得的成绩有目共睹。而全球范围内,超级计算机又发展到了怎样一种地步呢?......

关键字:超级计算机

[新鲜事] 中国新超算“天河三号”开始研制:性能更加无敌

中国新超算“天河三号”开始研制:性能更加无敌

中国的超算世界无敌,2013年推出的天河二号以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度成为全球最快超级计算机。......

关键字:天河三号 超级计算机

[真心话] 云计算的全球爆发 世界大战将打响

云计算的全球爆发 世界大战将打响

2016年着实让云计算火了一把,不仅是人类对于人工智能、工业变革认知的提升,马云在提出来云计算将会成为类似水电一样的基础设施,阿里云也是这么做的。......

关键字:云计算 马云 阿里云

[猎聘集] X语言,从入门到放弃..自学成为程序员真正需要的是什么?

X语言,从入门到放弃..自学成为程序员真正需要的是什么?

我应该如何成为一个程序员呢?是不是很困难呢?自学可以成功吗?有没有什么特别的途径呢?成为程序员需要特别高的智商吗?现在,我作为一个本科阶段是计算机专业的圈内人,就试着回答这个问题,希望可以给提问者,也可以给其他有志于今后从事计算机行业,特别......

关键字:自学 程序员 计算机行业

[新鲜事] 19岁少年重塑CPU,降低80%计算机功耗

19岁少年重塑CPU,降低80%计算机功耗

Thomas Sohmers 认为,即使是强如英特尔,每年出货数以亿计芯片这样的公司,也同样有弱点。在他看来,英特尔的芯片太耗能。在他的创业公司 Rex Computing 中,Sohmers 正在研究的另一种方式来设计芯片,仅需使用英特尔......

关键字:Thomas SohmersR ex Computing CPU 计算机功耗

[疯狂史] 十大计算机恶意软件排行榜 你中招了没?

十大计算机恶意软件排行榜 你中招了没?

互联网安全公司Check Point近日发布了十大计算机恶意软件排行榜,其中Locky勒索软件首次进入前三,成为目前最危险的恶意软件之一。在过去的几个月中,我们读到过很多关于Necurs僵尸网络活动的新闻,网络骗子利用该网络发送致命的Loc......

关键字:互联网 计算机 恶意软件
条评论

我 要 评 论

网友评论

技术子站

更多

推荐博客