【汇总】关于模拟电路设计中噪声分析的11个误区

噪声是仿真电路设计的一个核心问题，它不会直接影响能从测量中萃取的信息量，以及取得所须要信息的经济成本。失望的是，关于噪声有许多误解和误导信息，有可能造成性能不欠佳、低成本的过度设计或资源用于效率低落。本文阐释关于仿真设计中噪声分析的11个由来已久的误区。

1．减少电路中的电阻值总是能提高噪声性能噪声电压随着电阻值提升而减少，二者之间的关系已广为人知，可以用约翰逊噪声等式来叙述：erms＝√4kTRB，其中erms为皆方根电压噪声，k为玻尔兹曼常数，T为温度（单位为K），R为电阻值，B为比特率。这让许多工程师得出结论：为了减少噪声，应该减少电阻值。虽然这经常是准确的，但不该早已确认它是普遍真理，因为在有些例子中，较小的电阻反而需要提高噪声性能。

举例来说，在大多数情况下，测量电流的方法是让它通过一个电阻，然后测量所获得的电压。根据欧姆定律V＝I×R，产生的电压与电阻值成正比，但正如上式右图，电阻的约翰逊噪声与电阻值的平方根成正比。由于这个关系，电阻值每提升一倍，信噪比可以提升3dB。

在产生的电压过大或功耗过低之前，此趋势仍然是准确的。2．所有噪声源的噪声频谱密度可以相乘，比特率可以在最后计算出来时加以考虑到将多个噪声源的噪声频谱密度（nV／√Hz）加总（电压噪声源按平方和进根号），而不分别计算出来各噪声源的rms噪声，可以节省时间，但这种修改仅有限于于各噪声源看见的比特率完全相同的情况。

如果各噪声源看见的比特率有所不同，非常简单加总就变为一个可怕的陷阱。图1表明了过采样系统中的情况。从噪声频谱密度看，系统总噪声或许以增益放大器居多，但一旦考虑到比特率，各级贡献的rms噪声只不过十分相似。

3．手工计算出来时必需还包括每一个噪声源设计时有人有可能不禁要考虑到每一个噪声源，但设计工程师的时间是宝贵的，这样做到在大型设计中不会十分耗时。全面的噪声计算出来最差留下建模软件去做到。

不过，设计人员如何修改设计过程必须的手工噪声计算出来呢？答案是忽视高于某一阈值的不最重要噪声源。如果一个噪声源是主要噪声源（或任何其他折算到同一点的噪声源）的1／5erms值，其对总噪声的贡献将大于2％，可以合理地不予忽视。设计人员常会争辩应该把该阈值选在哪里，但无论是1／3、1／5还是1／10（分别使总噪声减少5％、2％和0．5％），在设计超过不足以展开全面建模或计算出来的程度之前，没有适当担忧高于该阈值的较小噪声源。

图1．用于rms噪声而不是频谱密度展开噪声计算出来的理由4．不应挑选出噪声为ADC1／10的ADC驱动器模数转换器（ADC）数据手册有可能建议利用噪声为ADC1／10左右的低噪声ADC驱动放大器来驱动仿真输出。但是，这并非总是最佳自由选择。在一个系统中，从系统角度权衡ADC驱动器噪声经常是有一点的。

首先，如果系统中ADC驱动器之前的噪声源远大于ADC驱动器噪声，那么自由选择超强低噪声ADC驱动器会给系统带给任何益处。换言之，ADC驱动器不应与系统其余部分有别。

其次，即使在只有一个ADC和一个驱动放大器的非常简单情况下，权衡噪声并确认其对系统的影响仍是不利的。通过明确数值可以更加确切地理解其中的理由。

考虑到一个系统使用16位ADC，其SNR值相等于100μVrms噪声，用于ADC驱动器的放大器具备10μVrms噪声。按和方根加总这些噪声源，获得总噪声为100．5μVrms，十分相似ADC分开的噪声。可以考虑到下面两个让放大器和ADC更加均衡的方案，以及它们对系统性能的影响。

如果用类似于的18位ADC替换16位ADC，前者的额定SNR相等于40μVrms噪声，则总噪声变成41μVrms。或者，如果保有16位ADC，但用更加低功耗的放大器替换上述驱动器，该放大器贡献30μVrms噪声，则总噪声变成104μVrms。

就系统性能而言，以上两种方案之一有可能是比完整人组更佳的自由选择。关键是要权衡利弊以及其对系统整体的影响。

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