模拟集成电路噪声课件.ppt

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1、噪声噪声的统计特性噪声类型热噪声闪烁噪声电路中的噪声单级放大器中的噪声共源级源跟随器共栅级共源共栅级差动放大器的频率特性噪声的统计特性噪声的影响信号是非理想的，包含信息本身和另一些成分例如：由非对称电路引入的共模→差模，噪声。当信号幅度下降时，噪声本身没有下降，则信噪比下降噪声问题常和功耗、速度、线性度等参数相互制约。什么是噪声？噪声是一个随机过程，噪声的值在任何时候都不可能被预测。噪声的统计模型在很多情况下，噪声的平均功率可以被预测，电路中的大多数噪声显示出固定的平均功耗。噪声的统计特性噪声平均功耗对一个周期性的电压，在一个负载电阻R上消耗的平均功

2、耗：则，随机信号的平均功耗定义为：测量时间很长，。X(t)是电压值。定义：单位是V2，只和信号有关均方根电压（rms）单位是V。噪声的统计特性信噪比（SNR）假定一个结点的信号Vs，具有功耗和噪声功耗信噪比定义为：当信号和噪声的均方根电压值相等时，SNR=0dBm表示dB单位表示两个功耗的相对的比值。同时，知道绝对值是有意义的，dBm是一种表示方法。定义：所有的功率值以1mw作为参考标准。例：信号噪声的统计特性功率谱—频域表示既然噪声是一种信号，则它随频率的改变而变化，具有自己的噪声谱。功率谱计算S(f)：f附近1Hz带宽内信号具有的平均功率。S(f

3、)的区间为[-∞，+∞]，双边噪声谱。噪声的统计特性单边功率谱因为x(t)是实数，可以证明Sx(f)是fx的偶函数。将双边谱折叠，[0，+∞]的Sx(f)*2单边谱。例，白噪声，在所有频率下具有相同的值。噪声的统计特性噪声谱和均方根功率的关系为噪声谱，单位是V2/Hz。噪声谱的另一种表示为，单位是。噪声传输定理：若把噪声谱为Sx(f)的信号加到传输函数为H(s)的线性时不变系统上。则输出谱是:噪声的统计特性噪声带宽如果一个理想的滤波器（brick-wallfilter）和一个电路输出的噪声谱的相同，则这个滤波器的带宽就是噪声带宽。例：一个单极点系统

4、的噪声带宽等于该极点对应频率的π/2倍。即：噪声的统计特性相关和非相关噪声源有二个噪声源：第三项表示二个噪声源之间的相关性，若二者非相关，则：在大多数情况下，噪声源是非相关的，可以使用叠加原理。噪声类型电路噪声可分成器件噪声和环境噪声。环境噪声包含电源或地线、衬底等的随机干扰。只考虑器件的噪声。热噪声电阻噪声：导体中的电子的随机运动引起的，和温度成正比单位是特点：；是白噪声；噪声是随机量，极性并不重要，但在电路分析中应保持不变。平均功率不变噪声类型例：RC电路的噪声输出总功率：结论：噪声和R无关，和C成反比。噪声类型例：电阻并联。直观地，二个电阻等效

5、为一个电阻，即：一个噪声源。是二个非相关的噪声源，采用电流源模拟更方便。噪声类型MOS晶体管噪声：沟道噪声：用电流源模拟。其中系数γ和体效应无关。对长沟道，γ=2/3。短沟道的γ增加。例：MOS管的噪声电压使输入为零。在恒流源情况下噪声和输入的位置无关。噪声类型MOS的栅极寄生电阻噪声：分布电阻可以证明：减少栅电阻的方法：折叠、二边加孔。噪声类型闪烁噪声（1/f噪声）：产生的原因：栅氧化和硅界面有悬挂键（Si一侧）能级载流子的随机俘获和释放在漏电流中产生“闪烁”噪声。用一个和栅极串联的电压源模拟和频率成反比。和W、L成反比。K是一个和工艺有关的

6、常数。噪声类型闪烁噪声的转角频率：对一个MOS器件，热噪声和闪烁噪声哪一个是更重要的？可以用闪烁噪声的频率表示。在低频时，1/f噪声是主要的。在高频时，热噪声是主要的。转折频率点：对于短沟道器件，电路的噪声考虑量化一个电路的噪声影响：测量电路的输出噪声方法：将输入置为零，计算电路中各种噪声源在输出产生的总噪声。输出噪声是实际的噪声，可采用仿真和实验的测量方法。例:共源级的总输出噪声电路的输入参考噪声输出噪声和电路的增益有关，无法对不同电路的噪声性能进行合理的比较。将输出噪声等效到输入端，用一个输入参考噪声电压进行比较。输入参考噪声电压是一个虚拟量，不

7、能测量到。电路的噪声例：共源级+理想放大器M1和RD产生的输出噪声为但是，输入信号也放大了A1倍，SNR不变。电路的噪声输入参考电压可表示在一定SNR条件下，输入信号有多小。表示输入信号被噪声损坏的程度。例:共源级的输入参考噪声电路的噪声可以证明：同时用和表示任何线性端口电路的噪声是充分和必要的。若输入阻抗很小，信号源的阻抗很大，则用电压源模拟输入参考噪声时，噪声→0。故必须有一个串联电压源和一个并联电流源怎样计算？噪声电压源输入为零→得到输入噪声→等效到输入电压源→验证：输入短路，计算输出噪声，→得到相同的输出噪声。电路的噪声噪声电流源使输入开路，

8、→根据输入噪声，推导输出噪声，→求输入开路时器件噪声产生的输出噪声，→二种输出噪声相等，得到输入噪声电流源。