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本文将深入探讨您始终拥有但几乎从不需要的电信号的基本特征和起源。

在日常生活中，我们有天气作为启动和保持对话的通用手段。在电子世界中，噪音可以起到类似的作用。它始终存在并始终导致某种问题。如果设计评审会议正在放缓，但目前还没有人愿意放弃会议室，那么您所要做的就是提及n词，至少在接下来的半小时内讨论应该是热闹的。如果您最新的PCB工作得非常好，但您不想在有人来时询问有关过度自信，只是抱怨噪音。如果你的印刷电路板失败了，你不知道为什么，把它归咎于噪音，在证明无辜之前，这总是有罪的。

什么是噪音？

这个问题是有些困难，如果你尝试去回答真的很深，因为你在哲学领域一样面临问题落得“生活为什么这么复杂？”或者“为什么不能总熵只是在一段时间减少每一次？ “但如果你对这个话题更肤浅的处理感到满意，电噪声就很简单。

这里我试图从电路设计的角度来定义电气噪声：噪声是一个通用词，它指的是电压或电流的变化，通常是随机的，通常幅度相对较低，并且始终是不受欢迎的。

以下评论应该有助于解开该定义：

电磁噪声是电路设计中普遍存在且常常是重要的因素，但是我将其定义限制在电压和电流范围内，因为在电路环境中，电磁噪声的影响通过电流和电压变化表现出来。

我说“经常”是随机的，以说明诸如60Hz干扰的可预测或周期性噪声信号。然而，这篇文章关注的是基本的噪音产生现象，它们是随机的（或者更准确地说，它们对人类来说是随机的ICfans）。

噪声信号的幅度当然可能相当大，但在此情况下，我认为像大瞬变，雷击或严重EMI属于单独类别。

有时我们可能会故意产生噪音（想到抖动），但我认为如果我们将其限制为不需要的信号，则上述定义更加一致。在我看来，有意和有用的噪音只是因为它类似于噪音而被称为“噪音” ; 故意的噪音更多地属于“信号”范畴，至少如果您根据其来源和目的来判断，因为它是由设计师根据系统的需求创建的。

我认为我们现在对噪声是什么有一个好的想法，这意味着我们准备探索下一个主题：它来自哪里？

噪音的原因

这里的目标是看根本原因。噪声可能来自任何地方：空气，电源，LDO，开关调节器，电阻......我们想要更深入地理解噪声本身的起源，而不是组件或噪声进入电路的途径。

热噪声，AKA约翰逊噪声

这是与抵抗电子流动相关的基本现实。除非我们开始用超导体设计电路，否则我们总会产生热噪声，因为所有元件都至少有一点阻抗。

热噪声表现为随机电压变化; 它与温度，电阻和带宽有关。较高的温度和较高的电阻会导致较高的噪声幅度。这里的“带宽”是指与电路相关的频率范围。如果您在分析中包含更多频率，则会看到更多热噪声。

散粒噪声

电子实际上不会“流过”导体。它们有点碰撞，潜在的能量积累，然后每次电子必须穿越屏障时转换成动能。（想想一个滚球在一系列颠簸中的速度 - 随着能量在潜能领域和动力领域之间来回移动，速度不断变化。）

电子运动中的这些随机变化导致电流相应的随机变化。换句话说，噪音。因为半导体有更多的障碍，所以半导体中的散粒噪声比导体中更突出。较高的电流会导致更多的散粒噪声，并且带宽更宽（再次，如果包含更多频率，则会看到更多噪声）。

该图显示了ADI 公司生产的通用运算放大器（ADA4666-2）的噪声密度。随着频率的增加，噪声密度会有一般的下降趋势，但为了计算实际的噪声幅度，您必须将噪声密度乘以电路带宽的平方根。

1 / f噪声，AKA闪烁噪声

据我所知，科学家们仍然不了解闪烁噪音。我并不试图与最新的研究保持同步，所以也许他们现在已经弄清楚了一些事情，但我认为至少围绕着潜在的物理现象还存在部分的谜团。

底线是大多数电子元件产生闪烁噪声，随着频率的增加幅度减小。名称“1 / f”（即“与频率成反比”）提醒我们，幅度和频率之间的关系是闪烁噪声的突出特征。与散粒噪声一样，较高的电流会导致更多的闪烁噪声。

闪烁噪声随着频率而降低，使得在某个点处热噪声占主导地位。取自情节这篇文章发表ADI公司。

爆裂噪声，AKA爆米花噪声

这种类型的噪声只出现在半导体中，但这对我们无能为力，因为现在半导体无处不在。半导体材料中的缺陷导致突变的电压或电流转换。快速转换包含高频能量，但由这些转换产生的脉冲频率实际上相当低：

测量的突发噪声，取自Maxim Integrated 应用笔记，关于处理信号链中的噪声。水平刻度为每个刻度0.4秒。

如果放大受污染的信号并将其发送给扬声器，则可以听到突发噪声。这听起来像爆米花爆裂 - 至少这是我读的; 我从来没有听说过（或者如果我有我没有意识到我听到的），所以我不能确定它确实听起来像爆米花。由于半导体制造业的改进，突发噪音现在不是什么大问题。

结论

这涵盖了电子电路中最重要的噪声源。我希望你现在对电气工程师引起如此多惊愕的物理现象有了更好的认识。您无法消除噪音，但上述信息为您提供了一些关于如何减少问题的想法。例如，为了减少热噪声，您可以使用较小的电阻或添加一个滤波器来限制带宽，而低电流偏置技术可以降低散粒噪声和闪烁噪声。