对于电子线路中的标称噪声,可以普遍认为它是目标信号以外所有信号的总称。最初,人们称造成收音机等音响设备噪声的电子信号为噪声。然而,一些无目的的电子信号对电子线路的后果并不都与声音有关,因此噪声的概念逐渐扩大。
例如,视频屏幕上有白班和条纹的电子信号也被称为噪声。可以说,电路中除目的信号外的所有信号,无论是否影响电路,都可以称为噪声。
例如,电源电压中的纹波或自激振荡,可对电路造成不良影响,使音响装置发出交流声或导致电路误动作,但有时也许并不导致上述后果。这种纹波或振荡应称为电路噪声。还有一定频率的无线电波信号,对于需要接收此信号的接收器来说是正常的目的信号,对于另一个接收器来说是非目的信号,即噪音。
干扰这个术语常用于电子学,有时会与噪声的概念混淆,其实是有区别的。噪声是一种电子信号,干扰是指由噪声引起的不良反应。电路中有噪音,但不一定有干扰。在数字电路中。通常可以用示波器观察到,在正常脉冲信号上混合一些小的尖峰脉冲是一种噪音。但由于电路特性,这些小尖峰脉冲不会影响数字电路的逻辑,因此可以认为没有干扰。
当噪声电压足以干扰电路时,噪声电压称为干扰电压。当一个电路或一个设备仍能保持正常工作时增加的最大噪声电压时,称为电路或设备的抗干扰容量或抗干扰程度。一般来说,噪声很难消除,但可以尽量降低噪声强度或提高电路的抗干扰性,以免干扰噪声。
这个东西主要是由于电路中的数字电路和电源部分产生的。在数字电路中,普遍存在高频的数字电平,这些电平可以产生两种噪声:
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电磁辐射,就像电视的天线一样,通过发射电磁波来干扰旁边的电路,也就是你所说的噪音。
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耦合噪声,指数字电路与旁边的电路有一定的耦合,噪声可以直接影响电器上的其他电路,噪声更大。
电源噪声:如果是线性电源,首先是低频50Hz它是一个严重的干扰源。由于初级交流电本身不纯净,是波浪的正弦波,容易对旁边的电路产生电磁干扰,即电磁噪声。如果是开关电源,噪声更严重。开关电源处于高频状态,输出部分存在脏谐波电压,对整个电路产生较大噪声。
预防方法:合理接地、模拟信号采用差异化结构传输、电路电源输出端加去耦电容、电磁屏蔽技术、模拟数字分离、信号线两侧底线、地线隔离等。相关文章:了解地弹(地面噪声)。事实上,我所说的只是冰山一角去除噪音。即使是玩了30年电子游戏的人也不会完全掌握所有这些技术,因为理解和掌握这些东西需要强大的技术基础和丰富的经验,但我告诉你的一般就足够了。
本底噪声是由电路本身引起的。由于电源不纯、相位裕度和增益裕度不合适,电路本身和设备需要改进。
其它噪声是由于电路布局布线不合理、电磁兼容、导线间干扰等因素造成的。
消除模拟电路噪声更多地取决于经验而不是科学依据。设计师经常遇到电路模拟硬件部分设计后,发现电路噪音太大,不得不重新设计和布线。经过几次曲折,这种试试的设计方法终于成功了。然而,避免噪声问题的更好方法是遵循一些基本的设计标准,并使用与噪声相关的基本原理。
前放大器在音频系统中的作用非常重要。本文首先解释了家庭音响系统或PDA在设计前置放大器时,工程师应该如何确选择元件。随后,对噪声进行了详细的分析,为低噪声前置放大器的设计提供了指导。PDA以麦克风前放大器为例,列出了设计步骤及相关注意事项。
前放大器是指放置在信源和放大器级之间的电路或电子设备,如放置在光盘播放器和高级音响系统功率放大器之间的音频前放大器。前放大器是专门为接收来自信源的弱电压信号而设计的。接收到的信号首先以较小的增益放大,有时甚至在传输到功率放大器级别之前进行调整或修正。例如,音频前放大器可以平衡信号并控制音调。无论是家庭音响系统还是家庭音响系统PDA设计前置放大器时,我们必须面对一个非常头疼的问题,那就是应该使用哪些部件?
由于操作放大器集成电路体积小,性能优异,许多前放大器使用这种操作放大器芯片。当我们为音响系统设计前放大器电路时,我们必须清楚地知道如何为操作放大器选择合适的技术规格。在设计过程中,系统设计工程师经常面临以下问题。
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是否有必要使用高精度的操作放大器?
输入信号电平振幅可能超过操作放大器的错误容量,这是操作放大器无法接受的。如果输入信号或共模电压过弱,设计师应使用补偿电压(Vos)共模抑制比极低(CMRR)高精度操作放大器。是否使用高精度操作放大器取决于系统设计需要达到多少倍的放大增益。增益越大,操作放大器的精度越高。
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操作放大器需要什么样的电源电压?
这个问题取决于输入信号的动态电压范围、系统的整体供电电压和输出要求,但不同电源的不同电源抑制比(PSRR)会影响操作放大器的准确性,其中电池供电系统影响最大。此外,功耗也与内部电路的静态电流和电源电压直接相关。
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输出电压需要满摆幅吗?
为了充分利用整个动态电压范围,扩大输出信号摆幅,低供电电压设计通常需要全摆幅输出。至于全摆幅输入的问题,操作放大器电路的配置有自己的解决方案。由于前置放大器一般采用反相或非反相放大器配置,因此由于共模电压,输入不需要全摆幅(Vcm)总是小于输出范围或等于零(只有少数例外,比如单电压操作放大器配备浮动接地)。
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增益带宽的问题更令人担忧吗?
是的,尤其是音频前置放大器,这是一个非常令人担忧的问题。因为人类听觉只能检测到20左右Hz至20kHz因此,一些工程师在设计音频系统时会忽略或鄙视狭窄范围的带宽。事实上,低总谐波失真等反映音频设备性能的重要技术参数(THD)、快速转换率(slewrate)低噪声是高增益带宽放大器必备的条件。
在设计低噪声前置放大器之前,工程师必须仔细检查源自放大器的噪声。一般来说,操作放大器的噪声主要来自四个方面:
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热噪声(Johnson):由于电导体内电流电子能量波动不规则而产生的宽带特性的热噪声,其平均电压的正方形与带宽、电导体电阻和绝对温度直接相关。对于电阻和晶体管(如双极和场效应晶体管),由于其电阻值不为零,这种噪声的影响不容忽视。
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闪烁噪声(低频):晶体表面产生或集成载流子产生的噪声。在低频范围内,这种闪烁以低频噪声的形式出现。一旦进入高频范围,这些噪声就会变成白噪声。闪烁噪声主要集中在低频范围内,干扰电阻和半导体,而双极芯片的干扰大于场效应晶体管。
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射击噪声(肖特基):肖特基噪声是由具有粒子特性的半导体电流载流子产生的,其电流的平均方根值与芯片的平均偏压电流和带宽直接相关。这种噪声具有宽带特性。
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爆玉米噪声(popcornfrequency):半导体的表面若受到污染便会产生这种噪声,其影响长达几毫秒至几秒,噪声产生的原因仍然未明,在正常情况下,并无一定的模式。生产半导体时若采用较为洁净的工艺,会有助减少这类噪声。
此外,由于不同操作放大器的输入水平采用不同的结构,晶体管结构的差异使不同放大器的噪声量大不相同。以下是两个具体的例子。
双极输入运算放大器的噪声:噪声电压主要由电阻的热噪声以及输入基极电流的高频区射击噪声所造成,低频噪声电平大小取决于流入电阻的输入晶体管基极电流产生的低频噪声;噪声电流主要由输入基极电流的射击噪声及电阻的低频噪声所产生。
CMOS输入放大器噪声:噪声电压主要由高频通道电阻和低频低频噪声引起,CMOS放大器的转角频率(cornerfrequency)高于双极放大器,宽带噪声远高于双极放大器;噪声电流主要由输入门极泄漏的射击噪声引起,CMOS放大器的噪声电流远低于双极放大器,但每升温10(C,噪声电流会增加40%左右。
工程师必须对噪声问题有深入的了解,并进行大量的计算,以准确地将这些噪声表达成数字。为了避免问题的复杂性,只选择音频技术规格中最关键的参数。
上述方程式中的S及N均为功率。
我们可将噪声定义为电子系统中任何不需要的信号。噪声会导致音频信号质量下降以及精确测量方面的错误。板级与系统级电子设计工程师希望能确定其设计方案在最差条件下的噪声到底有多大,并找到降低噪声的方法以及准确确认其设计方案可行性的测量技术。
噪声包括固有噪声及外部噪声,这两种基本类型的噪声均会影响电子电路的性能。外部噪声来自外部噪声源,典型例子包括数字交换、60Hz噪声以及电源交换等。固有噪声由电路元件本身生成,最常见的例子包括宽带噪声、热噪声以及闪烁噪声等。本系列文章将介绍如何通过计算来预测电路的固有噪声大小,如何采用SPICE模拟技术,以及噪声测量技术等。