CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)_ch7噪聲1

1、n“環(huán)境環(huán)境”噪聲（噪聲（interference noise）指指來(lái)自電源線、地來(lái)自電源線、地線、襯底等線、襯底等“外環(huán)境外環(huán)境”的噪聲（干擾）的噪聲（干擾）n器件器件噪聲（噪聲（inherent noise）指器件本身由于載流子的指器件本身由于載流子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)所隨機(jī)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲產(chǎn)生的噪聲，是本章討論的對(duì)象，是本章討論的對(duì)象n熱噪聲熱噪聲n閃爍噪聲閃爍噪聲Noiseunwanted signalNoiseunwanted signal3限制信號(hào)大小的下限是噪聲，上限是失真。限制信號(hào)大小的下限是噪聲，上限是失真。n每一時(shí)刻的幅值是不能預(yù)測(cè)的每一時(shí)刻的幅值是不能預(yù)測(cè)的n平均功率、功率譜密度（

2、噪聲譜平均功率、功率譜密度（噪聲譜）/22/21lim( )TTavTPx t dtT 電路中大多數(shù)噪聲源有固定電路中大多數(shù)噪聲源有固定的平均功率，是可以預(yù)測(cè)的的平均功率，是可以預(yù)測(cè)的若若x(t)為電壓信號(hào)，則為電壓信號(hào)，則Pav單位為單位為V2/22/21lim( )TTavTrmsPx t dtT 方便起見(jiàn)，用平均功率的單位用方便起見(jiàn)，用平均功率的單位用來(lái)表示而不用來(lái)表示而不用噪聲噪聲x(t)的的PSD，記為，記為Sx(f )，被定義為被定義為 f 附近附近1Hz的帶寬內(nèi)的帶寬內(nèi)x(t)具有的平均功率。具有的平均功率。Sx(f)用用V2/Hz表示，也常常用均方根值表示，也常常用均方根值 表

3、示其結(jié)果。表示其結(jié)果。HzV電路中大多數(shù)噪聲源電路中大多數(shù)噪聲源有可預(yù)測(cè)的噪聲譜有可預(yù)測(cè)的噪聲譜白噪聲白噪聲在所關(guān)心的頻率范圍內(nèi)在所關(guān)心的頻率范圍內(nèi)PSD為恒定值為恒定值適用于線性時(shí)不變系統(tǒng)，是分析電路噪聲時(shí)的理論依據(jù)適用于線性時(shí)不變系統(tǒng)，是分析電路噪聲時(shí)的理論依據(jù)傳輸定理傳輸定理如果把噪聲譜為如果把噪聲譜為Sx(f) 的一個(gè)信號(hào)加在一個(gè)傳輸函數(shù)的一個(gè)信號(hào)加在一個(gè)傳輸函數(shù)是是H(s)的線性時(shí)不變系統(tǒng)上，則輸出譜由下式給出的線性時(shí)不變系統(tǒng)上，則輸出譜由下式給出電話系統(tǒng)帶寬為電話系統(tǒng)帶寬為4KHz，聲音信號(hào)的高頻部分被濾除，聲音信號(hào)的高頻部分被濾除n噪聲功率不可以直接疊加噪聲功率不可以直接疊加n不

4、相關(guān)器件產(chǎn)生的噪聲；噪聲功率可以直接疊加不相關(guān)器件產(chǎn)生的噪聲；噪聲功率可以直接疊加/2212/2/2/22212/2/2/212/2/21212/21lim( )( )11 lim( )lim( )1 lim2( )( )1 lim2( )( )TavTtTTTTttTTtTavavTtPx tx tdtTx tdtx tdtTTx t x t dtTPPx t x t dtT不相關(guān)時(shí)，第不相關(guān)時(shí)，第三項(xiàng)為零；三項(xiàng)為零；相關(guān)性越高（波形相關(guān)性越高（波形相似程度），第三相似程度），第三項(xiàng)的值越大項(xiàng)的值越大比賽前體育場(chǎng)中的觀眾交談，產(chǎn)比賽前體育場(chǎng)中的觀眾交談，產(chǎn)生非相關(guān)噪聲，總噪聲功率低生非相關(guān)噪

5、聲，總噪聲功率低比賽中，觀眾齊聲吶喊，產(chǎn)生比賽中，觀眾齊聲吶喊，產(chǎn)生相關(guān)噪聲，總噪聲功率高相關(guān)噪聲，總噪聲功率高12avavavPPPAIC設(shè)計(jì)中研究的噪聲源通常設(shè)計(jì)中研究的噪聲源通常是不相關(guān)的是不相關(guān)的n導(dǎo)體中載流子的導(dǎo)體中載流子的隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)，引起導(dǎo)體兩端電壓波動(dòng)，引起導(dǎo)體兩端電壓波動(dòng)n隨機(jī)運(yùn)動(dòng)程度與絕對(duì)溫度有關(guān)，因此噪聲譜與絕對(duì)溫隨機(jī)運(yùn)動(dòng)程度與絕對(duì)溫度有關(guān)，因此噪聲譜與絕對(duì)溫度成正比度成正比222244();()RnnnVkTVkTRfIfR電阻的熱噪聲功率譜密度電阻的熱噪聲功率譜密度S SV V(f)=4kTR(f)=4kTR注意，教材上注意，教材上有時(shí)有時(shí)默認(rèn)默認(rèn) f =1H

6、zf =1Hz，即把功率譜和，即把功率譜和頻段上的噪聲總量混寫頻段上的噪聲總量混寫極性不重要，但在分析電路時(shí)要保持不變極性不重要，但在分析電路時(shí)要保持不變50, 3000.91 /nRTKVnVHzn選擇合適的表示法，會(huì)降低電路分析的復(fù)雜度選擇合適的表示法，會(huì)降低電路分析的復(fù)雜度n完整的表征噪聲完整的表征噪聲需要需要同時(shí)使用這兩種同時(shí)使用這兩種表示法表示法見(jiàn)見(jiàn)“輸入?yún)⒖荚肼曒斎雲(yún)⒖荚肼暋辈糠植糠?1)(sRCsVVRout1414)()()(22222fCRkTRjVVfSfSRoutRout,22220441n outkTRkTPdfR C fC1pF電容時(shí)為電容時(shí)為64.3 Vrms與與R

7、無(wú)關(guān)，只能增大無(wú)關(guān)，只能增大C來(lái)減小噪聲來(lái)減小噪聲對(duì)于工作在飽和區(qū)的對(duì)于工作在飽和區(qū)的MOS管管注意注意 不是體效應(yīng)系數(shù)，長(zhǎng)溝道不是體效應(yīng)系數(shù)，長(zhǎng)溝道MOS管的管的 =2/3，亞微米，亞微米MOS管管 會(huì)較大會(huì)較大（0.25微米工藝時(shí)微米工藝時(shí) 為為2.5）2222)32(4OmOnnrgkTrIV單個(gè)單個(gè)MOS管能產(chǎn)生的最大輸出熱噪管能產(chǎn)生的最大輸出熱噪聲電壓：聲電壓：減少減少gm可降低噪聲?？山档驮肼?。當(dāng)當(dāng) gm不影響不影響其他關(guān)鍵指標(biāo)時(shí)，應(yīng)盡量小（例其他關(guān)鍵指標(biāo)時(shí)，應(yīng)盡量小（例如：如：MOSF做恒流源時(shí)）做恒流源時(shí)）柵、源、漏的材料電阻引入的熱噪聲柵、源、漏的材料電阻引入的熱噪聲總的來(lái)說(shuō)歐姆區(qū)相對(duì)于溝道區(qū)的熱噪聲作用較小，在以后的分析中忽略總的來(lái)說(shuō)歐姆區(qū)相對(duì)于溝道區(qū)的熱噪聲作用較小，在以后的分析中忽略2522101noxKV FKVC WL f工藝相關(guān)的系數(shù)數(shù)量級(jí)所以閃爍噪聲也叫所以閃爍噪聲也叫1/f 噪聲噪聲減少減少1/f 噪聲主要靠增大器件面積噪聲主要靠增大器件面積)32(42mngkTI6362,10)32(4)1010)(32(4mmtotngkTgkTI1/f 噪聲：噪聲：熱噪聲：熱噪聲：22/1 ,1mOXfngfWLCKIfWLCKVoxfn12/1 ,222123,1/,16.91ln10MHzmmmnf totKHzOXOXOXKgK