Altifigence Academy

27 / 32 · 概念

噪声是与带宽相关的误差预算

估算电阻噪声,并通过平方和开方组合独立贡献。

随机变化不同于直流失调

噪声随时间变化;失调是平均值的系统性偏移。它们需要不同测量和解决方法。白噪声电压密度 en 的单位为 V/√Hz,理想矩形噪声带宽为 B 时,RMS 噪声为 enBe_n\sqrt{B}。真实滤波器具有等效噪声带宽,不一定等于 −3 dB 信号带宽。一阶低通的白噪声带宽为转折频率的 π/2 倍。

绝对温度 T 下,理想电阻的热电压噪声密度为 4kTR\sqrt{4kTR},其中玻尔兹曼常数 k = 1.380649 × 10⁻²³ J/K。T = 300 K、R = 10 kΩ 时,为 12.8716 nV/√Hz。规定矩形 100 Hz 带宽下,RMS 为 128.716 nV。经理想增益 11 后,输出为 1.41588 μV RMS。

正确组合独立噪声源

两个独立、折算到输入的 RMS 噪声贡献为 2 μV 和 3 μV 时,总量为 22+32=3.605551\sqrt{2^2+3^2}=3.605551 μV,而不是 5 μV。相关噪声需要交叉项,不能使用这个简化。运放还具有电流噪声密度;流过源阻抗会产生电压噪声。因此电压噪声最低的器件,不一定最适合高阻传感器。

假定电流噪声密度为 1 pA/√Hz,源电阻为 100 kΩ,等效电压密度为 100 nV/√Hz,可能超过放大器的电压噪声项。低频时,闪烁噪声和漂移可能占主导,因此仅白噪声估计必须说明频率范围。

测量时不要制造新问题

规定增益、带宽、平均方式,以及结果是折算到输入还是输出。在把所有不需要的信号称为“器件噪声”之前,检查 50/60 Hz 感应干扰、电源耦合和接地。重复测量时,用代表性阻抗替代信号源,而不是不真实的短路,否则会抹去电流噪声效应。ADI MT-047解释了源阻抗依赖和电阻噪声模型。

自己试试

放大器具有独立的 4 nV/√Hz 和 3 nV/√Hz 输入折算白噪声项。组合密度和矩形 1 kHz 带宽下的 RMS 是多少?

阅读解释

密度 = √(4²+3²) = 5 nV/√Hz。RMS = 5√1000 = 158.113883 nV。假定彼此独立、频谱为白噪声且带宽为矩形。

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