4.2 噪声和低噪声器件.ppt

1、4.2噪声和低噪声设备，主要内容，噪声的一般特性，噪声的描述，功率谱密度的测量，信号提取系统中的主要噪声类型，1/f噪声，热噪声，散粒噪声，4.2.1噪声特性，随机性统计，概率密度函数的描述，平稳随机过程，正态分布，2。信号提取期间的噪声类型，主要类型：1/f噪声、热噪声和散粒噪声。要求掌握：产生的机械噪声的性质，(1)1/f噪声。因为功率谱是频率的函数：通常为1，所以称为1/f噪声。当K为1Hz时的频谱密度，该常数由特定器件决定，(1)1/f噪声，原因：材料之间不完全接触，形成波状导电性，如两个导体之间的连接。开关、继电器、晶体管和二极管以及不连续电介质有源器件与流经合成碳电阻的电流接触不良

2、。在制造过程中，由于半导体器件中材料表面特性和节点的缺陷，生物医学信号的频带大多在低频或超低频带，1/f噪声是生物信号提取的主要障碍。(1)1/f噪声，该频带中噪声的电压均方值可以从f1f2带宽中噪声的平均功率获得：例如，已知1/f噪声过程在1Hz的频谱密度为510-10V2/Hz，并且可以获得100-200Hz范围内的噪声电压均方值。(2)热噪声，原因：热噪声是噪声电子运动的方式，由导体中自由电子的布朗运动引起，如电阻，由于总和。所有电子运动的总结果是通过导体的电流。电流的方向是随机的，所以平均值为零。然而，在每一个时刻，它们都不是零，所以在导体的两端都出现电压降，形成噪声电压。也称为约翰逊

3、噪声或奈奎斯特噪声，它存在于：电阻损耗、电容损耗、介电损耗、电感损耗、涡流损耗以及有源器件的其他危害，如晶体管的基极电阻，这些都是测量系统分辨率的极限。(2)热噪声，影响热噪声的因素：为了减小测量过程中产生热噪声的器件的温度提取信号的电阻，应尽可能小，以避免额外的串联电阻，并尽可能减小系统的频带，这属于白噪声。数学表达式：电压均方值：频谱密度：(3)散粒噪声，原因：半导体器件中载流子产生和消失的随机性使得流动载流子的数量波动，并导致瞬时电流散粒噪声存在于二极管和三极管等半导体器件中，但不存在于简单导体中。这种噪声的数学表达式是：器件的平均DC，光谱密度：2qIDC，属于白噪声。3.描述放大器的

4、噪声性能参数，研究放大器的噪声有助于分析放大器的性能指标，判断放大器的放大能力有多弱。放大器的等效电路：放大器本身产生的噪声；3.描述放大器的噪声性能参数；计算输入噪声源的输出噪声；放大器产生的噪声；信号源产生的噪声；假设Un和In互不相关，C0，然后将每个噪声电压的平方值相加得到输出电压；3.描述放大器的噪声性能参数；输入端的等效电压：利用上述公式分析的优点：利用等效噪声源Uni分析所有噪声，适用于任何有源器件的噪声分析都很容易测量：Rs0，只有UN存在；确定Rs是否大。(2)噪声放大系数，噪声放大系数的定义：噪声放大器编号的意义：比较放大器的噪声性能，信号是否通过放大器，信噪比是否变化。如

5、果是F1，放大器本身不会引入噪声。分贝意味着：例1，一个晶体管知道6dB，输出信噪比相对于输入信噪比降低了多少？也就是说，输出信噪比是输入信噪比的1/4。在示例2中，放大器的噪声系数为6dB，其通带为10kHz，并且需要输出信噪比。这个放大器的输入信号功率是多少？在解决方案：中，输入信号的信噪比为：信号源的噪声主要是热噪声，因此讨论了噪声系数。1.噪声系数的计算可用(C0)表示。从上述公式可以看出，当放大器固定时，Un和IN不变，噪声系数是Rs的函数，并讨论了噪声系数。2.如果噪声系数最小，那么Rs为：此时，Rs称为噪声系数讨论，3。输出信噪比(理想状态越大越好，信号为信号源的均方电压，噪声为

6、总输出噪声):显然，当Rs0时，信噪比最大，所以最小的噪声系数不一定具有最大的输出信噪比。噪声系数用于比较放大器的噪声，不适合作为放大器低噪声设计的基础。(3)多级放大器的噪声和多级放大器的耦合，其中：Ap1和Ap2是第一级和第二级的功率增益F1，F2是第一级和第二级的噪声系数Pn1，Pn2是内部噪声功率Pns是信号源内阻的噪声功率噪声系数的定义，(3)多级放大器的噪声，第一级放大的噪声功率：可以用同样的方法得到： 相对于热源噪声的噪声系数定义(不涉及第一级放大器噪声的影响)，第二级放大器的噪声功率Pn2为0，经过两级放大后的总输出功率Pno由三部分组成：第一级放大器Ap1Ap2Pns经过两级

7、放大后的噪声，第二级放大器Ap2Pn1本身的噪声，(3)多级放大器的噪声，总输出噪声，总噪声系数：4。 器件噪声，(1)电阻噪声主要是等效电路的热噪声，4 .器件噪声，(2)电容噪声主要是介质损耗，即电容泄漏。等效于与电阻Rp并联的理想电容，电阻Rp构成电容阻抗的实部，并成为电容的热噪声源。用介质损耗角表示，可以看出漏电流小的Rp值大，旁路噪声的能力强。4。设备噪声，(3)耦合变压器噪声在外部磁场的作用下，变压器磁性材料磁化的不连续性会产生磁波动噪声，并将外部噪声引入电路。4。器件噪声，(4) FET噪声主要包括：沟道热噪声、栅极散粒噪声、1/f噪声，(4)器件噪声，(5)双极晶体管的热噪声基极电阻噪声、基极电流IB和集电极电流Ic引起的散粒噪声、基极电流IB流经基极发射极耗尽区时产生的1/f噪声，4。器件噪声，(6)运算放大器噪声集成元件的大噪声是分立元件的合成。运算放大器的输入级是决定噪声性能的关键。采用差分输入，噪声电压是单个晶体管的两倍。5。低噪声放大器设计，(1)噪声性能指标，但为了统一起见，将输入端对地短路时放大器的噪声Uin作为放大器的性能指标。指示放大器可以放大的最小信号值。以下是各生理信号测量放大器在相应带宽下的噪声指标：体表心电图10V(0250赫兹)体表希氏束电图0.5V(