噪聲測(cè)量簡(jiǎn)介
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圖 5.8：具有 1x 探針和帶寬限制功能的示波器固有噪聲
圖 5.9：具有 1x 探針，但不具備帶寬限制功能的示波器固有噪聲
圖 5.10：具有 10x 控針，但不具備帶寬限制功能的示波器固有噪聲
另外，當(dāng)開(kāi)展噪聲測(cè)量工作時(shí)，必須考慮示波器的耦合模式。通常情況下，在一個(gè)數(shù)值較高的 DC 電壓下工作才會(huì)產(chǎn)生噪聲信號(hào)，因此寬帶測(cè)量時(shí)，應(yīng)采用 AC 耦合模式。例如，1mVpp 噪聲信號(hào)在 2V 的 DC信號(hào)時(shí)，才能被觸發(fā)。因此，在 AC 耦合模式下，AC 信號(hào)被剔除，從而獲得了最高的增益。但是，需要特別說(shuō)明的是，AC 耦合模式不能用于測(cè)量 1/f 噪聲。這是因?yàn)樵?AC 耦合模式下，帶寬的截止頻率通常較低，約為 10 Hz。當(dāng)然，該截止頻率也會(huì)因耦合模式的不同而有所差別，但是，關(guān)鍵問(wèn)題是這一較低的截止頻率對(duì)大部分的 1/f 噪聲測(cè)量而言過(guò)高。一般而言，1/f的大小從 0.1 至 10 Hz 不等。因此，進(jìn)行 1/f 的測(cè)量工作時(shí)，通常采用具有外部帶通濾波器的 AC 耦合模式。圖 5.11 對(duì)使用示波器進(jìn)行噪聲測(cè)量的通用指南作了總結(jié)。
圖 5.11：使用示波器進(jìn)行噪聲測(cè)量的通用指南
噪聲測(cè)量設(shè)備：頻譜分析儀
頻譜分析儀是進(jìn)行噪聲測(cè)量的功能強(qiáng)大的工具。一般說(shuō)來(lái)，頻譜分析儀能夠顯示功率（或電壓）與頻率之間的關(guān)系，其與噪聲譜密度曲線相類似。實(shí)際上，一些頻譜分析儀具有特殊的運(yùn)行模式，這種運(yùn)行模式使測(cè)量結(jié)果以頻譜密度單位（即 nV/rt-Hz）的形式，直接顯示出來(lái)。在其他情況下，測(cè)量結(jié)果必須乘以一個(gè)校正系數(shù)，從而將相關(guān)計(jì)量單位轉(zhuǎn)化成頻譜密度單位。
頻譜分析儀和示波器一樣，既有數(shù)字型的，也有模擬型的。模擬頻譜分析儀生成頻譜曲線的一種方法是：掃描各種頻率下的帶通濾波器，同時(shí)標(biāo)繪出濾波器的測(cè)量輸出值。另一種方法是運(yùn)用超外差接收技術(shù)，該技術(shù)在各種頻率下完成對(duì)本地振蕩器的掃描。然而，數(shù)字頻譜分析儀則采用快速傅里葉變換來(lái)產(chǎn)生頻譜（常常與超外差接收技術(shù)配合使用）。
雖然所使用的頻譜分析儀型號(hào)各異，但是一些主要參數(shù)仍需予以考慮。起始和終止頻率表明了帶通濾波器被掃描的頻率范圍。分辨率帶寬是帶通濾波器在頻率范圍內(nèi)被掃描的寬度。降低分辨率帶寬，則能提升頻譜分析儀處理在離散頻率時(shí)信號(hào)的能力，同時(shí)，將延長(zhǎng)掃描時(shí)間。圖 5.13 說(shuō)明了掃描濾波器的運(yùn)行情況，圖 5.14 和圖 5.15 顯示了同一頻譜分析儀采用不同分辨率帶寬時(shí)，所得出的兩種測(cè)量結(jié)果。在圖 5.14 中，由于分辨率帶寬被設(shè)置得非常小，從而使離散頻率分量（即 150 Hz）得到了妥善處理。另一方面，在圖 5.15 中，由于分辨率帶寬被設(shè)置得非常大，使離散頻率分量（即 1200 Hz）未能得到妥善處理。
圖 5.12：頻譜分析儀運(yùn)行情況
圖5.13：針對(duì)高分辨率信號(hào)選擇的分辨率帶寬
圖 5.14：針對(duì)低分辨率信號(hào)選擇的分辨率帶寬
在圖 5.13 和圖 5.14 中，頻譜的大小以分貝毫瓦 (dBm) 為單位表示，這是頻譜分析儀常用的測(cè)量單位。一分貝毫瓦是指相對(duì)于一毫瓦，用分貝來(lái)計(jì)量的功率比值。就本例中的頻譜分析儀而言，分貝毫瓦的測(cè)量也要事先假設(shè)輸入阻抗為 50 歐姆。對(duì)大多數(shù)的頻譜分析儀而言，當(dāng)輸入阻抗選擇為 1M 歐姆時(shí)，情況也是如此。圖 5.15列出了將分貝毫瓦轉(zhuǎn)化為電壓有效值所采用公式的推導(dǎo)過(guò)程。在圖 5.16 中，該公式用于計(jì)算在圖 5.13 – 5.14 中列出的測(cè)量結(jié)果 —— –10 dBm信號(hào)的電壓有效值。
從圖 5.13 – 5.14 中，我們可以看出，當(dāng)分辨率帶寬降低時(shí)，固有噪聲則從 –87 dBm 增加到 –80 dBm。另一方面，當(dāng)分辨率帶寬發(fā)生改變時(shí)，頻率處于 67 kHz 和 72 kHz 時(shí)的信號(hào)幅度并未發(fā)生改變。固有噪聲之所以受分辨率帶寬的影響，是因?yàn)槠錇闊嵩肼?，因此，帶寬的提高也增加了熱噪聲總量。另外，由于信?hào)波形為正弦波曲線，而且不管帶寬如何變化，帶通濾波器內(nèi)部的振幅都會(huì)保持恒定，因此，頻率處于 67 kHz 和 72kHz 時(shí)的信號(hào)幅度并不會(huì)受分辨率帶寬的影響。因?yàn)槲覀儽仨毲宄陬l譜密度計(jì)算中不應(yīng)該包含離散信號(hào)，所以，有關(guān)噪聲分析方面的特性應(yīng)引起我們足夠的重視。比如，當(dāng)測(cè)量運(yùn)算放大器的噪聲頻譜密度時(shí)，您會(huì)發(fā)現(xiàn)頻率在 60 Hz（功率上升線）時(shí)出現(xiàn)的一個(gè)離散信號(hào)。因?yàn)檫@個(gè) 60 Hz 的信號(hào)并非頻譜密度，而是一個(gè)離散信號(hào)，所以它并未包含在功率噪聲頻譜密度曲線中。
評(píng)論