干货｜电路噪声是怎么产生的若何抑制？

对付电子线路中所标称的噪声，可以概括地认为，它是对目的旗子暗记以外的所有旗子暗记的一个总称。
最初人们把造成收音机这类音响设备所发出噪声的那些电子旗子暗记，称为噪声。
但是，一些非目的的电子旗子暗记对电子线路造成的后果并非都和声音有关，因而，后来人们逐步扩大了噪声观点。

例如，把造成视屏幕有白班呀条纹的那些电子旗子暗记也称为噪声。
可能以说，电路中除目的的旗子暗记以外的统统旗子暗记，不管它对电路是否造成影响，都可称为噪声。
例如，电源电压中的纹波或自激振荡，可对电路造成不良影响，使音响装置发出互换声或导致电路误动作，但有时大概并不导致上述后果。
对付这种纹波或振荡，都应称为电路的一种噪声。
又有某一频率的无线电波旗子暗记，对须要吸收这种旗子暗记的吸收机来讲，它是正常的目的旗子暗记，而对另一吸收机它便是一种非目的旗子暗记，即是噪声。
在电子学中常利用滋扰这个术语，有时会与噪声的观点相稠浊，实在，是有差异的。
噪声是一种电子旗子暗记，而滋扰是指的某种效应，是由于噪声缘故原由对电路造成的一种不良反应。
而电路中存在着噪声，却不一定就有滋扰。
在数字电路中。
每每可以用示波器不雅观察到在正常的脉冲旗子暗记上混有一些小的尖峰脉冲是所不期望的，而是一种噪声。
但由于电路特性关系，这些小尖峰脉冲还不致于使数字电路的逻辑受到影响而发生混乱，以是可以认为是没有滋扰。

当一个噪声电压大到足以使电路受到滋扰时，该噪声电压就称为滋扰电压。
而一个电路或一个器件，当它还能保持正常事情时所加的最大噪声电压，称为该电路或器件的抗滋扰容限或抗扰度。
一样平常说来，噪声很难肃清，但可以设法降落噪声的强度或提高电路的抗扰度，以使噪声不致于形成滋扰。

电子电路中噪声的产生？如何抑制

这个东西紧张是由于电路中的数字电路和电源部分产生的。
在数字电路中，普遍存在高频的数字电平，这些电平可以产生两种噪声：1、电磁辐射，就像电视的天线一样，通过发射电磁波来滋扰阁下的电路，也便是你说的噪声。
2、耦合噪声，指数字电路和阁下的电路存在一定的耦合，噪声可以直接在电器上直接影响其他的电路，这种噪声更厉害。

电源上存在的噪声：如果是线性电源，首先低频的50Hz便是一个严重的滋扰源。
由于低级进来的互换电本身就不纯净，而且是波浪的正弦波，随意马虎对阁下的电路产生电磁滋扰，也便是电磁噪声。
如果是开关电源的话噪声更严重，开关电源事情在高频状态，并且在输出部分存在很脏的谐波电压，这些对全体的电路都能产生很大的噪声。

防止方法：合理地接地、采取差分构造传输仿照旗子暗记、在电路的电源输出端加去耦电容、采取电磁屏蔽技能、仿照数字地分开、旗子暗记线两边走底线、地线隔离等等。
实在我说的这些在去除噪声的方面只是冰山一角，就算是玩了30年电子的人也不会完备节制所有的这类技能，由于理解节制这类东西须要很强的技能根本和相称丰富的履历，不过我见告你的这些在大体上已经足够了。

本底噪声是由电路本身引起的，由于电源的不纯净，电路的相位裕度和增益裕度不得当等等电路本身和器件的缘故原由。
这部分须要在电路设计时进行改进。

其他噪声是由于电路布局布线不合理等等认为成分，电磁兼容，导线间滋扰等等。

仿照电路噪声的肃清更多地依赖于履历而非科学依据。
设计职员常常碰着的情形是电路的仿照硬件部分设计出来往后，却创造电路中的噪声太大，而不得不重新进行设计和布线。
这种“试试看”的设计方法在几经周折之后终极也能得到成功。
不过，避免噪声问题的更好方法是在设计初期进行决策时就遵照一些基本的设计准则，并利用与噪声干系的基本事理等知识。

低噪声前置放大器电路的设计方法

前置放大器在音频系统中的浸染至关主要。
本文首先讲解了在为家庭音响系统或PDA设计前置放大器时，工程师应如何恰当选取元件。
随后，详尽剖析了噪声的来源，为设计低噪声前置放大器供应了辅导方针。
末了，以PDA麦克风的前置放大器为例，列举了设计步骤及干系把稳事变。

前置放大器是指置于信源与放大器级之间的电路或电子设备，例如置于光盘播放机与高等音响系统功率放大器之间的音频前置放大器。
前置放大器是专为吸收来自傲源的微弱电压旗子暗记而设计的，已吸收的旗子暗记先以较小的增益放大，有时乃至在传送到功率放大器级之前便先行加以调节或改动，如音频前置放大器可先将旗子暗记加以均衡及进行腔调掌握。
无论为家庭音响系统还是PDA设计前置放大器，都要面对一个十分头疼的问题，即究竟该当采取哪些元件才恰当？

元件选择原则

由于运算放大器集成电路体积小巧、性能卓越，因此目前许多前置放大器都采取这类运算放大器芯片。
我们为音响系统设计前置放大器电路时，必须清楚知道如何为运算放大器选定适当的技能规格。
在设计过程中，系统设计工程师常常会面临以下问题。

1、是否有必要采取高精度的运算放大器？

输入旗子暗记电平振幅可能会超过运算放大器的缺点容限，这并非运算放大器所能接管。
若输入旗子暗记或共模电压太微弱，设计师该当采取补偿电压(Vos)极低而共模抑制比(CMRR)极高的高精度运算放大器。
是否采取高精度运算放大器取决于系统设计须要达到多少倍的放大增益，增益越大，便越须要采取较高准确度的运算放大器。

2、运算放大器须要什么样的供电电压？

这个问题要看输入旗子暗记的动态电压范围、系统整体供电电压大小以及输出哀求才可决定，但不同电源的不同电源抑制比(PSRR)会影响运算放大器的准确性，个中以采取电池供电的系统所受影响最大。
此外，功耗大小也与内部电路的静态电流及供电电压有直接的关系。

3、输出电压是否须要满摆幅？

低供电电压设计常日都须要满摆幅的输出，以便充分利用全体动态电压范围，以扩大输出旗子暗记摆幅。
至于满摆幅输入的问题，运算放大器电路的配置会有自己的办理办法。
由于前置放大器一样平常都采取反相或非反相放大器配置，因此输入无需满摆幅，缘故原由是共模电压(Vcm)永久小于输出范围或即是零(只有极少例外，例如设有浮动接地的单供电电压运算放大器)。

4、增益带宽的问题是否更令人忧虑？

是的，尤其是对付音频前置放大器来说，这是一个非常令人忧虑的问题。
由于人类听觉只能察觉大约由20Hz至20kHz频率范围的声音，因此部分工程师设计音频系统时会忽略或轻视这个“范围较窄”的带宽。
事实上，表示音频器件性能的主要技能参数如低总谐波失落真(THD)、快速转换率(slewrate)以及低噪声等都是高增益带宽放大器所必须具备的条件。

深入理解噪声

在设计低噪声前置放大器之前，工程师必须仔细核阅源自放大器的噪声，一样平常来说，运算放大器的噪声紧张来自四个方面：

1、热噪声(Johnson)：由于电导体内电流的电子能量不规则颠簸产生的具有宽带特性的热噪声，其电压均方根值的正方与带宽、电导体电阻及绝对温度有直接的关系。
对付电阻及晶体管(例如双极及场效应晶体管)来说，由于其电阻值并非为零，因此这类噪声影响不能忽略。

2、闪烁噪声(低频)：由于晶体表面不断产生或整合载流子而产生的噪声。
在低频范围内，这类闪烁以低频噪声的形态涌现，一旦进入高频范围，这些噪声便会变成“白噪声”。
闪烁噪声大多集中在低频范围，对电阻器及半导体会造成滋扰，而双极芯片所受的滋扰比场效应晶体管大。

3、射击噪声(肖特基)：肖特基噪声由半导体内具有粒子特性的电流载流子所产生，其电流的均方根值正方与芯片的均匀偏压电流及带宽有直接的关系。
这种噪声具有宽带的特性。

4、爆玉米噪声(popcornfrequency)：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，噪声产生的缘故原由仍旧未明，在正常情形下，并无一定的模式。
生产半导体时若采取较为清洁的工艺，会有助减少这类噪声。

此外，由于不同运算放大器的输入级采取不同的构造，因此晶体管构造上的差异令不同放大器的噪声量也大不相同。
下面是两个具体例子。

双极输入运算放大器的噪声：噪声电压紧张由电阻的热噪声以及输入基极电流的高频区射击噪声所造成，低频噪声电平大小取决于流入电阻的输入晶体管基极电流产生的低频噪声；噪声电流紧张由输入基极电流的射击噪声及电阻的低频噪声所产生。

CMOS输入运算放大器的噪声：噪声电压紧张由高频区通道电阻的热噪声及低频区的低频噪声所造成，CMOS放大器的转角频率(cornerfrequency)比双极放大器高，而宽带噪声也远比双极放大器高；噪声电流紧张由输入门极泄电的射击噪声所产生，CMOS放大器的噪声电流远比双极放大器低，但温度每升高10(C，其噪声电流便会增加约40%。

工程师必须深入理解噪声问题及进行大量打算，才可将这些噪声化为数字准确表达出来。
为了避免将问题繁芜化，这里只选用音频技能规格最关键的几个参数。

上述方程式中的S及N均为功率。

PDA麦克风前置放大器电路

在这里我们谈论一下如何设计一款适宜PDA采取的麦克风前置放大器，正如上文所述，我们必须明白信源是输入前置放大器的旗子暗记。
首先，我们必须知道以下信息：

操持采取的麦克风类型

麦克风输出旗子暗记电平

麦克风阻抗及指定阻抗的频率

增益规定，有关增益可能受运算放大器的增益带宽积所限定

输入旗子暗记频率范围

噪声规定

例如某种陶瓷麦克风的技能规格如下：

阻抗：2.2k((以1kHz的频率操作)

输出旗子暗记：200(Vpp

音频输入频率范围：100Hz至4kHz

热噪声：2nV/(Hz前置放大器的增益指标：500(非反相)，第一级可达5倍增益，第二级可达100倍增益。

我们引用公式1：

等量输入噪声(EIN)＝输入参照噪声总量()输入频率范围

输出噪声=等量输入噪声增益=545.81nV5=2.73uV(适用于1级增益)或545.81nV100=54.58uV(适用于2级增益)。

1伏输出电压的信噪比电平=20log(1V54.58uV)≈85.3dB

电路输出噪声总量大约是每一噪声源均方根的均匀均方值总和的平方根，此外输出噪声常日绝大部分来自噪声量最大的信源。
实际电路如图2所示。

图2MIC前置放大器电路图

请把稳，这款电路只适用于单电源供电的设计，个中输入及输出电容器(C1及C4)只是选项，工程师可根据实际情形考虑选用。
适用与否取决于用户系统的输入与输出如何连接。
若麦克风输出设有直流补偿，那么便须要增设C1输入电容器，以便壅塞直流电旗子暗记。
输出电容器也可发挥相同的浸染。

目前市场上出售的麦克风大部分以2k(旁边的高阻抗麦克风以及只有几百(的低阻抗麦克风为主，这两类麦克风都可采取上述前置放大器设计。
高阻抗高输出麦克风前置放大器较为大略，可以采取非反相或反相放大器配置。
由于其频率相应较为平坦，因此无需特殊加以均衡，而且输入电平较大，放大器对噪声的哀求很低，但高阻抗麦克风对来历不明的噪声及磁场极为敏感。
低阻抗低输出麦克风前置放大器也可采取非反相或反相放大器将输入旗子暗记放大，频率相应及均衡等方面的哀求都与高阻抗高输出的前置放大器大致相同。
如果麦克风的输出电平较低，工程师必须把稳选用低噪声的运算放大器。
如性能较好的低噪声运算放大器该当产生较低的输入参照电压噪声，而且噪声不应超过10nV/((Hz)。

运算放大器电路中固有噪声的剖析与丈量

我们可将噪声定义为电子系统中任何不须要的旗子暗记。
噪声会导致音频旗子暗记质量低落以及精确丈量方面的缺点。
板级与系统级电子设计工程师希望能确定其设计方案在最差条件下的噪声到底有多大，并找到降落噪声的方法以及准确确认其设计方案可行性的丈量技能。

噪声包括固有噪声及外部噪声，这两种基本类型的噪声均会影响电子电路的性能。
外部噪声来自外部噪声源，范例例子包括数字交流、60Hz噪声以及电源交流等。
固有噪声由电路元件本身天生，最常见的例子包括宽带噪声、热噪声以及闪烁噪声等。

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