噪声（Noise）-1

​噪声

1概述

01 -噪声的功率谱密度

如何衡量噪声：通常看噪声的功率谱密度，来观察该噪声在各个频段下的功率分布情况。

例如：

男声浑厚（低频分量功率大）女声高亢（高频分量功率大）

信号与系统中用傅里叶变换得到噪声的频谱密度，再对频谱密度进行平方，得到的称之为能量的谱密度（Energy Spectr幼托班um Density，ESD）；利用极限的概念，得到功率谱密度（Power Spectral Density，PSD）。

蓝兰换句话说，功率谱密度体现了：噪声各个频率分量的功率在不同的频率下分布。

1.1直观物理意义

让噪声通过一个带宽为1Hz的带通滤波器

那么我们就会得到该频率范围内，谐波分量的叠加后的波形：

为了求功率，对上面的谐波分量的叠加，取平方：

再求上面波形的平均功率：

重复设置带通滤波器不同的中心频率fn，就得到x(t)不同频率下的功率，绘制下图，也就是噪声的PSD（由于噪声是非周期的，所以噪声的功率谱密东北吧度是连续的）。

Sx(f)下的总面积表示该噪音在所有频率谐波分量功率之和

在电路中经常考虑噪声在1单位电阻上的功率谱密度，所以在表示噪小孔成像声的功率谱密度是经常使用V^2/Hz的单位。其实比较符合PSD定义的单位还是W/Hz。也有转化为对数坐标的dBm/Hz。

2噪声的分类

01 - 白噪声（白谱）

定义：如下图功率谱密度是一条直线，也就是所有频率下的功率都一样。严格的说，白噪声白道枭雄在自然界不存在，如果存在，它的功率是无限的。实际中只要在我们关心的频率范围内的PSD是一条水平直线，就可以认为是白噪声。

02 - 热噪声

成因：由于电子的随机运动，即使导体（电阻）的平均电流为零，也能在导体（电阻）上测量到电压波动。由于是电子的随机美的空调尘满运动引起的，所以热噪声的功率谱密度与绝对温度成正比。

其中波尔兹曼常数k=1.38×10^-23J/K ，重复一点：SV(f)的单位是V^2/Hz。由于SV(f)表示的是噪声在f频率下1Hz带宽内的功率分量的平均值，所以式上式可以换一种写法，在V2上加一个平均值的符号“—”，以表示1Hz带宽内的平均功率。

２.１MOS热噪声来源一：

主要来源祖母绿戒指于沟道产生的热噪声：

系数γ（不是体效应系数），是一个经验值。对于长沟道器件通常u盘中毒取2/3，亚微米沟道器件γ取值更大，考虑不同的VDS，根据经验，γ通常取1。

２.２MOS热噪声来源二：

MOS的栅极也会产生热噪声。

如下图，来源于G、S和D寄生电阻。对于较宽的MOS，D和S的寄生电阻通常可忽略，而G的寄生电阻变大。

上图，靠近左端的单元晶体管只看到一小部分RG的噪声，而靠近右端的晶体管则看到大部分RG的加尔各答级噪声。

订酒店哪个网站好对于MOS管的栅极寄生电阻RG的热噪声，有效的寄生电阻的热噪声PSD是：

２.３如何优化栅电阻热噪声？

当gm固定，如何减小M烘培工具OS的区志航热噪声。图中，栅极的两端由金属线短路，从而减小了从RG到 “RG/4”；

或者：MOS也可以折叠，使每个栅“指”的电阻为RG/2，从而使复合晶体管的总分布电阻为 “RG/4”。

减小MOS管栅极寄生电阻RG的热噪声办法是：使用插指结构，减小RGeq，例如finger=离异女人nngc游戏。等效的栅电阻就降低到：

２.４MOS热噪声几点：

降低gm，MOS晶体管的噪声电流就会减小。如果晶体管作为电流源工作，应该尽量减小MOS的gm； 共源或共栅级，具有相同的输出噪声。电路输出端测得的噪声与输入端位置无关，因为在计算输出噪声时，将输入设为零； 输出电阻ro不会产生噪音，因为它不是一个物理电阻。

03 - 闪烁噪声（1/f噪声）成因：氧化层与Si晶体的界面处，会有悬空的键位，而载流子流经这些悬空的键位时会被随机捕获和释放，这被认为是闪烁噪声成因之一。

闪烁噪声的PSD：

由于闪烁噪声功率谱密度与f成反比，所以也成为“1/f噪声”。而闪烁噪声一般出现在MOS的栅极，所以我们可以把噪声的PSD＊gm^2。

对于1/f噪声，漏电流噪声由栅级噪声电压乘以gm得到:

***注意是gm^2，因为PSD是电压平方的形式，单位是V日本旅游线路^2/Hz***

上式的k是工艺相关量，数量级是10^-25，单位是V^2F。反应oxide-silicon界面的洁净程度，闪烁噪声频谱密度与频率成反比，PSD如下图，独立于电流和温度。

3.1 闪烁噪声的“转折频率”

对于闪烁噪声：f→0，PSD→∞，实际上我们不会关心频率太低的情况，将热噪声和闪烁噪声频谱画在同一个图上，交点称为闪烁噪声的“转折频率”。

解得闪烁噪声的“转折频率”:

３.2 闪烁噪声的几点：

闪黄淳梁烁噪声与W* L的成反比，要减小1/ f噪声，必须增大器件面积。因此，在低噪声应用中有面积为几百um2的器件。(另外，闪烁噪声与栅电容W LCox进行nas1权衡)一合成氨反应般来说，PMOS的闪厂商理论烁噪声< NMOS闪烁噪声，因为PMOS在“沟道”中携带空穴，与氧化硅界进口税率查询面保持一定距离，从而在较小程度上捕获并释放载流子

３.3 MOS和电阻噪声及等效源

如果不想仔细看完，请直接记住下面的表格：

本文引用的图片多来自于：Design of Analog CMOS Integrated Circuits 2ed Raz

下一期分享上述噪声如何在电路中表示/叠加/等效

WX 公号“Analog CMOS”