1、电子元器件的噪声低噪声前置放大技术屏蔽与接地技术第二章 低噪声前置放大&屏蔽接地电子元器件的噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测1子元器件的噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测2阻容二极管双极型晶体管效管电阻的噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测3热噪声过剩噪声自由电子热运动热噪声电阻器-等效于无噪声电阻和热噪声电压串联特性： 白噪声 ：电阻的噪声热噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测4单位频带（1Hz）内，热噪声电压均方值：T: 绝对温度功率谱密度电阻的噪声热噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测5实际系统：有一定的通频带。温度越高，噪声电压越高超低温减小设备内部
2、噪声保证有用信号无失真通过的条件下，通频带要尽量小以减少内部噪声（滤波）热噪声特点：电阻的噪声热噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测6电阻的噪声热噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测7无噪声电阻与热噪声电压源串联与热噪声电流源并联电阻的噪声热噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测8两电阻串联的等效电路两噪声源互不相关两电阻串联时，总噪声电压等于串联总电阻所产生的噪声电压电阻的噪声热噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测9两电阻并联的等效电路电阻的噪声热噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测10两不相干噪声源功率叠加：电阻的噪声热噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测
3、11用无噪声电阻与噪声电流源并联的模型计算更为方便 （自己推导）两相同温度的电阻串联时，总噪声电压等于串联总电阻所产生的噪声电压两相同温度的电阻并联时，总噪声电压等于并联总电阻所产生的噪声电压总结：理想的电抗元件不产生热噪声电阻的噪声过剩噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测12n 阻中通直流流，生剩噪声K：与制作工艺有关的常数n 生原因：阻器的 率不均匀电阻的噪声过剩噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测13（例如10-100Hz段和0.01-0.1Hz段）电阻的噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测141kHz以下，过剩噪声占优势1kHz以上，热噪声占优势电阻的噪声过剩噪声苏州
4、大学物理科学与技术学院微弱信号检测15过剩噪声性质：带内噪声（f1到f2）:电压与直流电流成正比电阻的噪声过剩噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测1610倍频程内的噪声指数通常的用dB表示：NI=0dB表示每十倍频程内每伏压降有1微伏噪声电压电阻的噪声过剩噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测17电阻的噪声过剩噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测18金属膜电阻是低噪声最好的电阻二极管的散粒噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测19 功率谱密度：二极管的散粒噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测20散粒噪声电流均方值：二极管的散粒噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测
5、21半导体二极管电流：q：电子电荷u：二极管的端电压k：波尔兹曼常数T：绝对温度二极管的散粒噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测22正、反向电流产生的均方值噪声叠加！二极管电流越大，噪声越大二极管的散粒噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测23正向偏置时二极管散粒噪声的等效电路：电导：三极管噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测24热噪声散粒噪声分配噪声闪耀噪声尖峰噪声三极管噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测25噪声：三极管噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测26散粒噪声：两个PN结三极管噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测27载流子：分配大部分流向集电极少部
6、分在基区与异性载流子复合分配噪声：复合作用随机分配噪声三极管噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测28分配噪声：高频噪声三极管噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测29 1/f噪声在1000Hz以下较为显著：低频噪声机理未定，一种解释：不同材料间的接触产生功率谱密度：三极管噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测30尖峰噪声：由于半导体材料中的杂质，流过半导体PN结电流的突然变化。噪声电流均方值：也叫爆裂噪声a为每秒尖峰数K为常数三极管噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测31噪声等效电路（共射极接法）三极管噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测32优先考虑截止频率以下性能，
7、分配噪声暂忽略不考虑负载三极管噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测33三极管噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测34三极管噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测35低频时主要考虑电阻高频时主要考虑电容三极管噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测36场效应管噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测37栅极感应噪声栅极散粒噪声闪耀噪声沟道热噪声场效应管噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测38一般可忽略频率高于几百赫兹时，一般也可以忽略栅极散粒噪声：由通 源PN的反向流生闪耀噪声：场效应管噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测39n沟道噪声：场效应管噪声苏州大学物理科
8、学与技术学院微弱信号检测40nR一般取1栅极感应噪声与工作频率、栅源电容成正比，与跨导成反比栅极感应噪声：场效应管噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测41结型场效应管噪声等效电路n场效应管噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测42结型场效应管噪声等效电路n场效应管的选取：高跨导，高输入电阻，小电容电容噪声苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测43电容：热噪声过剩噪声电子元器件的噪声低噪声前置放大技术屏蔽与接地技术第二章 低噪声前置放大&屏蔽接地苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测44放大器等效噪声模型苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测45放大器等效噪声模型苏州大学物理科学与技术
9、学院微弱信号检测46噪声系数：放大器等效噪声模型苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测47放大器等效噪声模型苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测48求峰峰值：高斯分布的随机噪声，峰值系数6.6（有效）（有效）放大器等效噪声模型苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测49放大器等效输入噪声功率取决于三个因素： 平坦段白噪声的功率谱密度函数 1/f噪声与白噪声相交的拐点频率 工作频带的上下限l IC制造厂家通常以不同方式给出噪声指标放大器等效噪声模型苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测50放大器等效噪声模型苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测51思考题：级联放大器噪声系数苏州大学物理科学与技术
10、学院微弱信号检测52噪声系数：级联放大器噪声系数苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测53第一级：第k级：级联放大器噪声系数苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测54第一级放大器对总噪声影响最大减小第一级噪声系数提高第一级功率增益弗里斯公式：级联放大器噪声系数苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测55思考题：3个放大器串联用来放大微小信号，参数如下：如何连接三个放大器能使总的噪声系数最小？低噪声前置放大器的设计苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测56一般步骤：安装、调试、复算根据放大器要求的总增益、频率响应动态范围、稳定性等非噪声指标设计后继电路根据噪声要求、源阻抗特性、频率响应指标等确认输
11、入级电路低噪声前置放大器的设计苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测57最佳源电阻半导体三极管放大电路的噪声系数与源电阻有关低噪声前置放大器的设计苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测58最佳源电阻：最小噪声系数：放大器噪声系数：低噪声前置放大器的设计苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测59中频：F最小，且基本与频率无关低噪声前置放大器的设计苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测60 晶体管：低噪声前置放大器的设计苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测61场效应管放大器的情况：最佳源 ：最小噪声系数：低噪声前置放大器的设计苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测62低、中频段：共源、共栅、共漏
12、噪声系数相同高频段，噪声系数共栅最小，共漏最大中低频段噪声特性最佳高信号源内阻情况下，优于半导体三极管放大器场效应管放大器：低噪声前置放大器的设计苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测63场效应管放大器的选择：低噪声前置放大器的设计苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测64入器件用低噪声前置放大器的设计苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测65 工作点：低噪声前置放大器的设计苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测66噪声匹配： 源电阻的串并联会引入附加噪声需要用噪声匹配法改变等效输入电阻低噪声前置放大器的设计苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测67噪声因数等值图美国PAR公司的“5006”型
13、低噪声放大器噪声因数等值图低噪声前置放大器的设计苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测68噪声匹配方法一：调节集电极电流法不改变源电阻，只调节工作点，以获得在给定的源电阻条件下的最小噪声系数l 优点：调节简单，不增加成本l 缺点：u只适用于半导体三极管作输入级的电路u往往不能最优化低噪声前置放大器的设计苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测69噪声匹配方法二：输入变压器耦合法低噪声前置放大器的设计苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测70噪声匹配方法三：输入级并联法N个完全相同的放大器并联电子元器件的噪声低噪声前置放大技术屏蔽与接地技术第二章 低噪声前置放大&屏蔽接地苏州大学物理科学与技术学院
14、微弱信号检测71干扰噪声源射频噪声电力线噪声电气设备噪声机械起源的噪声地电位差噪声雷电天体噪声其他噪声耦合途径传导耦合电场耦合电磁辐射耦合电源耦合磁场耦合苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测73屏蔽接地用金属屏蔽体把元器件、电流、电缆、传输线等包围起来作用：降低噪声耦合系统的等电位点或等电位面安全使信号电压有一个基准电位电容性耦合与屏蔽苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测74电容性耦合与屏蔽苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测75改变导线走向拉开两线距离加屏蔽电容性耦合与屏蔽苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测76屏蔽体接地尽量屏蔽被干扰部分电感性耦合与屏蔽苏州大学物理科学与技术学院微
15、弱信号检测77电感性耦合与屏蔽苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测78电感性耦合与屏蔽苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测79未接地的屏蔽体：等效电路无屏蔽效果电感性耦合与屏蔽苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测80不同接法的屏蔽效果电感性耦合与屏蔽苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测81接地方式苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测82地线大地电位信号地线安全考虑消除噪声和干扰接地方式一点接地多点接地1M以下10M以上1M到10M之间接地方式苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测83一点接地各电路地电流相互干扰最低电平应距接地点最近串接地接地方式苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测
16、84一点接地并接地地线多、长，耦合多，仅适用于1M以下接地方式苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测85一点接地分并高低电平分组，各组内分别并联接地，并与数字地分开。最后各级地线与机壳并联一点接总地接地方式苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测86高频应用：地线感抗成分线性增加接地方式布局、布线苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测87 布局时分区：功率驱动区、模拟电路区、数字电路区要分别划分单独的区域 每个分区内，相同功能的电路、元件靠近放置 发热元件与对温度敏感的元件分开放置，注意空气的流动 布线时，最先布电源线和地线，宽度：地线电源线信号线 优先布有特殊要求的线。如，高频信号线，输入线与
17、输出线之间要避免相邻平行接地方式布局、布线苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测88 尽量用45度折线布线，避免90度折线，以减小高频信号辐射 信号线尽量不形成环路。环路不可避免时，要尽可能小 元件安装要方便 对关键信号，要预留测试点 如果不是多层板，布线完成后，未布线区域用地线大面积填充系统地回路电流苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测89单端输入前置放大器的地回路电流及其抑制系统地回路电流苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测90单端输入前放地回路电流抑制系统地回路电流苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测91地回路电流抑制途径系统地回路电流苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测92差分放大器地回路电流抑制系统地回路电流苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测93系统地回路电流苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测94抑制地回路电流途径信号源或放大器浮地不方便信号源或放大器半浮地方便有效系统地回路电流苏州大学物理科学与技术学院微弱信号检测95
