运算放大器电路中固有噪声的分析和测量（五）

1mV/division 量程，并配有 1x 示波器探针或 BNC 直接连接；同时，还具有带 10x 探针的 10mV/division 固有噪声。

需要注意的是，与 1x 示波器探针相比，我们应优先考虑 BNC 直接连接，因为接地的连接方式能够减小 RFI / EMI 干扰（请参阅图 5.5）。其中一种避免这种情况的方法就是，拆除示波器探针的接地引线和上端引线 (top cover)，同时在探针的侧面进行接地（请参阅图 5.6）。图 5.7 显示了一个 BNC 短路电容。

图 5.5：接地能够减小 RFI / EMI 干扰

图 5.6：拆除接地的示波器探针

图 5.7：BNC 短路电容

大多数示波器都具有带宽限制功能。为了准确测量噪声，示波器的带宽必须比所测量电路中的噪声带宽高。但是，为了获得最佳的测量结果，示波器的带宽应调整为大于噪声带宽的某一数值。例如，假设示波器全带宽为 400 MHz，当开启限制功能时，带宽则为 20 MHz。如果使用 100 kHz 的噪声带宽测量电路中的噪声，此时开启带宽限制功能，才有实际意义。就这个示例而言，由于超过带宽的 RFI/EMI 干扰将被消除，因此固有噪声较低。图 5.8和图 5.9 显示了具有和不具有带宽限制功能的典型数字示波器的固有噪声。图 5.10 显示了采用 10x 探针示波器的固有噪声相当高。

图 5.8：具有 1x 探针和带宽限制功能的示波器固有噪声

图 5.9：具有 1x 探针，但不具备带宽限制功能的示波器固有噪声

图 5.10：具有 10x 控针，但不具备带宽限制功能的示波器固有噪声

另外，当开展噪声测量工作时，必须考虑示波器的耦合模式。通常情况下，在一个数值较高的 DC 电压下工作才会产生噪声信号，因此宽带测量时，应采用 AC 耦合模式。例如，1mVpp 噪声信号在 2V 的 DC 信号时，才能被触发。因此，在 AC 耦合模式下，AC 信号被剔除，从而获得了最高的增益。但是，需要特别说明的是，AC 耦合模式不能用于测量 1/f 噪声。这是因为在 AC 耦合模式下，带宽的截止频率通常较低，约为 10 Hz。当然，该截止频率也会因耦合模式的不同而有所差别，但是，关键问题是这一较低的截止频率对大部分的 1/f 噪声测量而言过高。一般而言，1/f的大小从 0.1 至 10 Hz 不等。因此，进行 1/f 的测量工作时，通常采用具有外部带通滤波器的 AC 耦合模式。图 5.11 对使用示波器进行噪声测量的通用指南作了总结。

使用示波器进行噪声测量的通用指南

图 5.11：使用示波器进行噪声测量的通用指南

噪声测量设备：频谱分析仪

频谱分析仪是进行噪声测量的功能强大的工具。一般说来，频谱分析仪能够显示功率（或电压）与频率之间的关系，其与噪声谱密度曲线相类似。实际上，一些频谱分析仪具有特殊的运行模式，这种运行模式使测量结果以频谱密度单位（即 nV/rt-Hz）的形式，直接显示出来。在其他情况下，测量结果必须乘以一个校正系数，从而将相关计量单位转化成频谱密度单位。

频谱分析仪和示波器一样，既有数字型的，也有模拟型的。模拟频谱分析仪生成频谱曲线的一种方法是：扫描各种频率下的带通滤波器，同时标绘出滤波器的测量输出值。另一种方法是运用超外差接收技术，该技术在各种频率下完成对本地振荡器的扫描。然而，数字频谱分析仪则采用快速傅里叶变换来产生频谱（常常与超外差接收技术配合使用）。

虽然所使用的频谱分析仪型号各异，但是一些主要参数仍需予以考虑。起始和终止频率表明了带通滤波器被扫描的频率范围。分辨率带宽是带通滤波器在频率范围内被扫描的宽度。降低分辨率带宽，则能提升频谱分析仪处理在离散频率时信号的能力，同时，将延长扫描时间。图 5.13 说明了扫描滤波器的运行情况，图 5.14 和图 5.15 显示了同一频谱分析仪采用不同分辨率带宽时，所得出的两种测量结果。在图 5.14 中，由于分辨率带宽被设置得非常小，从而使离散频率分量（即 150 Hz）得到了妥善处理。另一方面，在图 5.15 中，由于分辨率带宽被设置得非常大，使离散频率分量（即 1200 Hz）未能得到妥善处理。

在图 5.13 和图 5.14 中，频谱的大小以分贝毫瓦 (dBm) 为单位表示，这是频谱分析仪常用的测量单位。一分贝毫瓦是指相对于一毫瓦，用分贝来计量的功率比值。就本例中的频谱分析仪而言，分贝毫瓦的测量也要事先假设输入阻抗为 50 欧姆。对大多数的频谱分析仪而言，当输入阻抗选择为 1M 欧姆时，情况也是如此。图 5.15列出了将分贝毫瓦转化为电压有效值所采用公式的推导过程。在图 5.16 中，该公式用于

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图 5.12：频谱分析仪运行情况

图5.13：针对高分辨率信号选择的分辨率带宽

图 5.14：针对低分辨率信号选择的分辨率带宽