模拟设计中的噪声误区

　　误区一
　　降低电路中的电阻值总是能改善噪声性能
　　噪声电压随着电阻值提高而增加，二者之间的关系已广为人知，可以用约翰逊噪声等式来描述：
　　
　　erms为均方根电压噪声
　　k为玻尔兹曼常数
　　T为温度（单位为K）
　　R为电阻值，B为带宽
　　这让许多工程师得出结论：为了降低噪声，应当降低电阻值。虽然这常常是正确的，但不应就此认定它是普遍真理，因为在有些例子中，较大的电阻反而能够改善噪声性能。
　　①号栗子——在大多数情况下，测量电流的方法是让它通过一个电阻，然后测量所得到的电压。根据欧姆定律V = I ×R，产生的电压与电阻值成正比，但正如上式所示，电阻的约翰逊噪声与电阻值的平方根成正比。由于这个关系，电阻值每提高一倍，信噪比可提高3dB。在产生的电压过大或功耗过高之前，此趋势一直是正确的。

　　误区二
　　所有噪声源的噪声频谱密度可以相加；
　　带宽可以在最后计算时加以考虑。
　　将多个噪声源的噪声频谱密度（）加总（电压噪声源按平方和开根号），而不分别计算各噪声源的rms噪声，可以节省时间，但这种简化仅适用于各噪声源看到的带宽相同的情况。如果各噪声源看到的带宽不同，简单加总就变成一个可怕的陷阱。
　　
　　图1. 使用rms噪声而不是频谱密度进行噪声计算的理由
　　图1显示了过采样系统中的情况。从噪声频谱密度看，系统总噪声似乎以增益放大器为主，但一旦考虑带宽，各级贡献的rms噪声其实非常相近。

　　误区三
　　手工计算时必须包括每一个噪声源
　　设计时有人可能忍不住要考虑每一个噪声源，但设计工程师的时间是宝贵的，这样做在大型设计中会非常耗时。全面的噪声计算最好留给仿真软件去做。
　　不过，设计人员如何简化设计过程需要的手工噪声计算呢？答案是忽略低于某一阈值的不重要噪声源。如果一个噪声源是主要噪声源（或任何其他折合到同一点的噪声源）的 1 / 5 erms 值，其对总噪声的贡献将小于2%，可以合理地予以忽略。设计人员常会争论应当把该阈值选在哪里，但无论是 1 / 3 、 1 / 5 还是 1 / 10 （分别使总噪声增加5%、2%和0.5%），在设计达到足以进行全面仿真或计算的程度之前，没必要担心低于该阈值的较小噪声源。

　　误区四
　　应挑选噪声为ADC 1 / 10 的ADC驱动器
　　模数转换器（ADC）数据手册可能建议利用噪声为ADC 1 / 10 左右的低噪声ADC驱动放大器来驱动模拟输入。但是，这并非总是最佳选择。在一个系统中，从系统角度权衡ADC驱动器噪声常常是值得的。
　　首先，如果系统中ADC驱动器之前的噪声源远大于ADC驱动器噪声，那么选择超低噪声ADC驱动器不会给系统带来任何好处。换言之，ADC驱动器应与系统其余部分相称。
　　其次，即使在只有一个ADC和一个驱动放大器的简单情况下，权衡噪声并确定其对系统的影响仍是有利的。通过具体数值可以更清楚地了解其中的理由。
　　②号栗子——考虑一个系统采用16位ADC，其SNR值相当于100 µV rms噪声，用作ADC驱动器的放大器具有µV rms噪声。按和方根加总这些噪声源，得到总噪声为100.5 rms，非常接近ADC单独的噪声。可以考虑下面两个让放大器ADC更为平衡的方案，以及它们对系统性能的影响：
　　如果用似的18位ADC代替16位ADC，前者的额定SNR相当于40 µV rms声，则总噪声变为41 µV rms。
　　或者，如果保留16位ADC，但更低功耗的放大器代替上述驱动器，该放大器贡献30 µV rms声，则噪声变为104 µV rms。
　　就系统性能而言，以上两种方案之一可能是比原始组合更好的选择。关键是要权衡利弊以及其对系统整体的影响。