1/f 噪声——闪烁的烛光

时间：2015-05-14 22:00:02

关键字：噪声模拟技术 1/f

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[导读] 运算放大器的1/f (one-over-f)低频区域噪声好像有一些神秘。1/f噪声也被称作闪烁噪声，像一道闪烁的烛光。在示波器上使用慢扫描来观察1/f 噪声可以看到一条漂移的基线(如图1所示)，因为高频噪声叠加在较大的低频成

运算放大器的1/f (one-over-f)低频区域噪声好像有一些神秘。1/f噪声也被称作闪烁噪声，像一道闪烁的烛光。在示波器上使用慢扫描来观察1/f 噪声可以看到一条漂移的基线(如图1所示)，因为高频噪声叠加在较大的低频成分上。1/ f噪声通常被比喻为粉红噪声，同样揭示出较大的低频噪声成分。闪烁噪声经常在物理系统和生命科学中出现。1/f 噪声和天气一样，是一个缓慢变化的过程，你可能需要很长的时间才能观测到。我并不打算解释为什么1/f噪声会在半导体中存在------这是一个很深的主题!

2014-9-12 11:12:46 上传

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闪烁噪声的频谱曲线以-10d B/十倍频的斜率下降，斜率是R-C网络单极点的一半。噪声电压的平方(或者功率)以1/f的斜率下降，噪声电压以1/ 的斜率下降。实际的斜率可能稍微有些变化，但是这并不影响结论。

利用波峰和波谷来测量闪烁噪声的方法看起来显得很笨拙。你必须在很长的周期内做平均来得到一个合理的平稳值。0.1H z噪声的周期是10 秒，所以要较好地测量低频段0.1Hz的噪声，你必须对很多10秒的周期做平均------五分钟或者更多。对于0.01Hz 的噪声，需要做更长时间的平均。如果你重复地测量，你会发现测量结果是不一样的。噪声是随机的并且1/f噪声比其他噪声更随机。

为了估算带宽f1到f2的总体噪声VB，我们对1/f进行积分，得到一个频率比，f2/f1的自然对数结果。

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需要仔细思考的几点：

· 每十倍频(或者其他恒定的频率比)带来相同的噪声。每上一个十倍频有更小的噪声密度，但是有更高的带宽。

· 从频谱曲线上，你可以推断出1/ f噪声随着不断增加的时间会无穷地增大。的确是这样的，但这是非常缓慢的。0.1Hz到10Hz噪声是 Hz(周期为一年)到10Hz的近乎两倍。十年后会增加额外的6%。

· 滤除1/f噪声是有难度的，但并不是不可能的。0.1Hz到1KHz(四十倍频)的闪烁噪声滤除到10Hz(二十倍频)仅仅减少了3dB的噪声。低频噪声的电阻值必须很小，因为较低的频率会使得电容值较大，从而得到一个较小的截止频率。

运放噪声由1/f噪声和宽带(白噪声)组成。在1/f噪声较大的低频区，存在宽带噪声;在宽带噪声较大的高频区，存在1/f噪声。在转折频率区，这两种噪声随机相加，使得噪声有3dB的增长。

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运放噪声是在带宽f1到f2内，分别对1/f噪声和宽带噪声积分，然后做均方根相加。

·闪烁噪声密度增加N倍时，转折频率增加N2。