电路中常见的内部噪声及外部噪声源

　　噪声重要与否，取决于它对目标电路工作的影响程度。

　　例如，一个开关电源在3 MHz时具有显著的输出电压纹波，如果它为之供电的电路仅有几Hz的带宽，如温度传感器等，则该纹波可能不会产生任何影响。但是，如果该开关电源为RF锁相环（PLL）供电，结果可能大不相同。

　　为了成功设计一个鲁棒的系统，了解噪声源至关重要。就低压差（LDO）调节器而言或者说任何电路，噪声源都可以分为两大类：内部噪声和外部噪声。

　　内部噪声好比是您头脑中的噪声

　　外部噪声则好比是来自喷气式飞机的噪声

　　对于电子电路，内部噪声是指任何电子器件内部产生的噪声，外部噪声则是指从电路外部传到电路中的噪声。

　　图1. 显示内部和外部噪声源的简化LDO框图

　　内部噪声有许多来源，各种噪声源都有自己独一无二的特性。内部噪声主要有以下几类：热噪声、1/f噪声、散粒噪声、爆裂或爆米花噪声。图2显示了一个典型器件的噪声如何随频率而变化，以及各类噪声对总噪声的贡献。从1/f区到热区的跃迁点称为转折频率。

　　图2. 典型噪声功率与频率的关系

　　热噪声，随机但有通式

　　在绝对零度以上的任何温度，导体或半导体中的载流子（电子和空穴）会发生扰动，这就是热噪声（亦称约翰逊噪声或白噪声）的来源。热噪声功率与温度成比例。它具有随机性，因而不随频率而变化。热噪声是一个物理过程，可以通过下式计算：

　　Vn = √（4kTRB）

　　k表示波尔兹曼常数（1.38−23 J/K）

　　T表示绝对温度（K = 273°C）

　　R表示电阻（单位Ω）

　　B表示观察到噪声的带宽（单位Hz，电阻上测得的均方根电压也是进行测量的带宽的函数）

　　粉红浪漫？NO，这里只有1/f 噪声

　　1/f 噪声来源于半导体的表面缺陷，声功率与器件的偏置电流成正比，并且与频率成反比，这一点与热噪声不同。即使频率非常低，该反比特性也成立，然而，当频率高于数kHz时，关系曲线几乎是平坦的。1/f 噪声也称为粉红噪声，因为其权重在频谱的低端相对较高。

　　1/f 噪声主要取决于器件几何形状、器件类型和半导体材料，因此，要创建其数学模型极其困难，通常使用各种情况的经验测试来表征和预测1/f噪声。

　　一般而言，具有埋入结的器件，如双极性晶体管和JFET等，其1/f 噪声往往低于MOSFET等表面器件。

　　有势垒的地方的就有散粒噪声

　　散粒噪声发生在有势垒的地方，例如PN结中。半导体器件中的电流具有量子特性，电流不是连续的。当电荷载子、空穴和电子跨过势垒时，就会产生散粒噪声。像热噪声一样，散粒噪声也是随机的，不随频率而变化。

　　低频噪声——爆米花噪声

　　爆米花噪声是一种低频噪声，似乎与离子污染有关。爆米花噪声表现为电路的偏置电流或输出电压突然发生偏移，这种偏移持续的时间很短，然后偏置电流或输出电压又突然返回其原始状态。这种偏移是随机的，但似乎与偏置电流成正比，与频率的平方成反比（1/f2）。

　　爆裂噪声，几乎已被消除

　　爆裂噪声和爆米花噪声相同，也是一种低频噪声，似乎与离子污染有关。但由于现代半导体工艺技术的洁净度非常高，爆裂噪声几乎已经被消除，不再是器件噪声的一个主要因素。

　　外部噪声外部噪声源远多于内部噪声源，包括以下几类：

　　• 耦合到敏感电路中的电磁场。

　　• 导致压电材料产生干扰交流电压的机械冲击或振动。

　　• 来自其他电路，通过电源或设计不佳的PCB布局布线传导或辐射到电路中的噪声。