硬件设计-1/f噪声、均方根(RMS)噪声与等效噪声带宽

简介：

学习下噪声的知识，为什么写这个呢，因为前几年有次面试和别人谈到这个问题。

 

定义解释：

1/F噪声

高频下的噪声为白噪声(即其频谱密度不会随频率而变化)。这种情况适用于运算放大器的大 部分频率范围，但在低频率条件下，噪声频谱密度会以3 dB/倍频程上升，如上图1所示。功 率频谱密度在此区域内与频率成反比，所以电压噪声频谱密度与频率的平方根成反比。因 此，这种噪声通常称为“1/f噪声”。但应注意，有些教材中仍旧使用“闪烁噪声”这个旧术语。 这种噪声开始增加时的频率称为“1/f转折频率”(FC)，也是品质因数之一——该频率越小越 好。对于特定放大器，电压噪声和电流噪声的1/f转折频率并不一定相同，有的电流反馈运 算放大器可能具有三个1/f转折频率：一个针对其电压噪声，另一个针对其反相输入电流噪 声，还一个则针对其同相输入电流噪声。

最佳低频率、低噪声放大器的转折频率位于1-10 Hz范围内，而JFET器件和更为通用的运算放 大器则位于1-100 Hz范围内。不过，超高速放大器可能会在处理能力上做出让步以便实现高 速性能，从而导致1/f转折频率特性相当差，高达数百Hz，甚至1-2 kHz。对于此类器件所针 对的宽带应用，这点通常并不是很重要，但可能会影响其在音频条件下使用，尤其是在均 衡电路中。

 

均方根噪声

在实际操作中，几乎不可能在特定频率限值内测量噪声而不受限值外噪声的影响，因为实 际滤波器的滚降特性有限。幸运的是，单极点低通滤波器引起的测量误差很容易计算。单 极点低通滤波器截止频率fc以上频谱内的噪声将转折频率扩展至1.57fc。同样，双极点滤波 器的视在转折频率约为1.2fc。对具有两个以上极点的滤波器而言，误差校正因数通常可忽 略。校正后的净带宽称为滤波器的“等效噪声带宽

通常需要将均方根噪声测量值转换为峰峰值。为此，我们必须对噪声的统计性质有所了 解。对于高斯噪声和给定均方根噪声值，统计学告诉我们，超过特定峰峰值的概率随着该 值增加而急剧下降，但该概率永远不会为零