学模拟+《运算放大器噪声优化手册》读书笔记之五

第五章

噪声测量导论阅读笔记本章中主要介绍各种不同类型的噪声测量设备（真均方根表、示波器和频谱分析仪），讨论操作方法和模式。

1.真均方根（RMS）数字万用表（DMM）真均方根表可以测量正弦波和非正弦波如噪声，有的表通过测量峰值电压将其乘0.707

来计算均方根值，此种表不能称为真均方根表，因其假设波形是正弦波。

许多精准数字万用表（DMMS）具有真均方根测量功能。这种表通常通过将输入电压数字化，收集上千个采样点，使用计算的方法来计算均方根值。数字万用表在做噪声测量时有两种模式：AC（AC耦合，DC成分被去掉，适于宽带噪声测量）、AC+DC（输入信号被直接数字化并计算均方根值，测操作模式不能用作宽带噪声测量）本底噪声可以通过将数字万用表的输入端短路的方法来测量。2.示波器 这个不用多说了，地球人都知道。

示波器可以清晰地捕捉到时域的噪声波形，便于使用者观察。又分为数字和模拟两大类。

模拟示波器只能触发重复的波形，不能对噪声信号进行正常的触发。大部分模拟示波器的缺点是不能捕获（低频）1/f噪声。数字示波器可以捕获1/f噪声，同时也有能力用数学方法计算均方根值。示波器进行噪声测量时的指导原则：1）测量前首先检查所用示波器的本底噪声，这个可以通过将BNC短接帽接在示波器的输入端或者使示波器的引线和地线短接实现。这在使用1×探头时尤为重要，是因为此时测量范围会降低10倍。使用1×探头时需要注意最好选择BNC链接，因为接地引线链接将会拾取RFI/EMI干扰（相当于形成了环形天线）2）大部分示波器有带限功能，为了精确地用示波器测量噪声，带宽必须设置成大于被测电路的噪声带宽。然而若想要得到最好的测试结果，示波器带宽必须限制在噪声带宽以上某个区域。3）在进行噪声测量时，示波器的耦合模式也需要考虑。宽带噪声引号需要AC耦合来测量。但AC模式不能测1/f噪声，因为AC耦合的带宽通常具有一个接近10Hz的较低截止频率（而典型情况下，1/f噪声频率范围是0.1Hz10Hz）。如果需要进行1/f噪声的测量，通常使用具有外直带通滤波器的DC耦合模式。

3.频谱分析仪

通常的频谱分析仪显示的是与噪声频谱密度曲线相似的功率或者电压对频率的曲线，

某些频谱分析仪具有将测量结果直接显示成频谱密度单位的特殊操作模式，其他情况下测量

结果必须乘以一个校正因子才能转换成频谱密度单位。

频谱分析仪同示波器类似也包括模拟频谱分析仪和数字频谱分析仪。模拟频谱分析仪生成频谱曲线的方式之一是在一定的频率范围内进行带通滤波器扫描，

然后将测量到的滤波器输出描绘成图。另一种方式是在一定频率范围内扫描的超外差技术实现。典型模拟频谱分析仪使用超外差技术实现，因而不适合测量典型运放的1/f噪声。数字频谱分析仪使用快速傅里叶变换FFT（通常结合了超外差技术）来产生频谱。具有低频测量能力，因而非常适合1/f测量。频谱分析仪关键参数：起始和截止频率表示带通扫频范围，分辨带宽为对频率范围进行扫描的带通滤波器宽度（如果减少分辨带宽将增加频谱分析仪在离散频点上解析信号的能力，同时导致扫描速度变慢，时间增加）。

频谱幅度以分贝毫瓦表示（dBm），是频谱分析仪的常用测量单位，某些频谱分析仪可以将频谱幅度显示为噪声频谱密度，如果没有此功能，则需将频谱幅度初一噪声分辨带宽的平方根，这样得到了噪声频谱密度。需要注意的是，将分辨带宽转换成噪声分辨带宽需要一个转换因数。大多数的频谱分析仪也具有平均值功能。4.屏蔽进行本征噪声测量时，如何消除外源噪声源是需要重点考虑的。

常见的外噪声源有电源线耦合噪声、监视器噪声、开关电源噪声、无线通信噪声。而将电路包在屏蔽壳里通常可以起到消除外源噪声的目的。需要注意的是屏蔽需要与系

统地连接。5.验证噪声电平噪声测试的目的是测试低噪声系统或者元件的输出噪声。而在实际中常会遇到电路输出噪声太小一直大部分标准测试设备无法测量的情况，典型的解决方法是在电路与测试仪器之间加入低噪声自举放大器。这样做的关键点是自举放大器的噪声必须比被测电路输出噪声小3倍以上。

6．考虑噪声电平

为了使得测量结果准确，测量系统相比北侧噪声的噪声电平小于3倍以上

接下来分别用真均方根表和示波器及频谱分析仪对一个示例进行了测量，这里不细表具体的过程了。