【導讀】電子工程師和技術人員習慣將噪聲視為負麵因素，因而在元器件選擇、電(dian)路(lu)設(she)計(ji)和(he)電(dian)路(lu)板(ban)布(bu)局(ju)過(guo)程(cheng)中(zhong)會(hui)進(jin)行(xing)優(you)化(hua)以(yi)實(shi)現(xian)低(di)噪(zao)聲(sheng)。事(shi)實(shi)上(shang)
，隨(sui)機(ji)或(huo)偽(wei)隨(sui)機(ji)噪(zao)聲(sheng)有(you)時(shi)候(hou)很(hen)有(you)用(yong)。本(ben)文(wen)將(jiang)進(jin)一(yi)步(bu)說(shuo)明(ming)為(wei)什(shen)麼(me)要(yao)利(li)用(yong)噪(zao)聲(sheng)以(yi)及(ji)如(ru)何(he)利(li)用(yong)。

電子工程師和技術人員習慣將噪聲視為負麵因素，因而在元器件選擇、電(dian)路(lu)設(she)計(ji)和(he)電(dian)路(lu)板(ban)布(bu)局(ju)過(guo)程(cheng)中(zhong)會(hui)進(jin)行(xing)優(you)化(hua)以(yi)實(shi)現(xian)低(di)噪(zao)聲(sheng)。事(shi)實(shi)上(shang)，隨(sui)機(ji)或(huo)偽(wei)隨(sui)機(ji)噪(zao)聲(sheng)有(you)時(shi)候(hou)很(hen)有(you)用(yong)。本(ben)文(wen)將(jiang)進(jin)一(yi)步(bu)說(shuo)明(ming)為(wei)什(shen)麼(me)要(yao)利(li)用(yong)噪(zao)聲(sheng)以(yi)及(ji)如(ru)何(he)利(li)用(yong)。

在各種應用中，常用的隨機噪聲有兩種：白噪聲和粉紅噪聲。白噪聲具有較為平坦的頻譜，其帶寬功率相同（測量單位為 dB）。粉紅噪聲在其帶寬內的每個頻率倍頻程上具有相同的功率（圖 1）。

圖 1：白噪聲和粉紅噪聲的頻譜比較。白噪聲的功率譜平坦，而粉紅噪聲的功率譜每倍頻程下降 3 dB。（圖片來源：Art Pini）

粉紅噪聲因與人耳的響應相似，因而可用於音頻測試和音響係統均衡。

房fang間jian均jun衡heng可ke調tiao整zheng音yin響xiang係xi統tong的de頻pin率lv響xiang應ying，以yi產chan生sheng與yu輸shu入ru信xin號hao完wan全quan相xiang同tong的de信xin號hao。如ru果guo將jiang粉fen紅hong噪zao聲sheng輸shu入ru音yin響xiang係xi統tong，均jun衡heng器qi會hui按an照zhao頻pin譜pu分fen析xi儀yi上shang的de測ce量liang值zhi進jin行xing調tiao整zheng後hou將jiang粉fen紅hong噪zao聲sheng輸shu出chu（圖 2）。

圖 2：利用均衡器調整房間的頻率響應，可以無損或無失真地再現輸入。（圖片來源：Art Pini）

白噪聲可用於測量頻率響應，並可作為擴頻通信的擴頻源。

下麵的示例描述了 10.7 MHz 中頻 (IF) 濾波器的頻率響應（圖 3）。

圖 3：利用寬帶白噪聲測量 10.7 MHz IF 濾波器的頻率響應。（圖片來源：Art Pini）

ruzuoshangfangwanggesuoshi，baizaoshengtongguoshidangdezukangpipeiwangluokuirulvboqi。ruzuoxiafangwanggesuoshi
，shuruzaoshengdepinpuzaizhenggemubiaopinlvfanweineishipingtande。zhengqueduanjiedelvboqishuchuruyoushangfangwanggesuoshi。gaishuchudefudubishuruxiao，yinweidaitonglvboqishuaijianlelvboqidaikuanzhiwaidepinlvfenliang。lvboqishuchudepinpu（如右下方網格所示）顯示，在 10.7 MHz 中心頻率下濾波器的帶寬約為 400 kHz。理論頻率響應是輸出信號與輸入信號的複比。由於輸入信號的幅度均勻，因此輸出頻譜顯示濾波器的幅度頻譜響應。

構建噪聲發生器

zaoshengfashengqikeyijiyuyixiasanzhongjibenjishuzhongderenyiyizhong。diyizhongjishushishiyongdianzuqizhongchanshengdeyuehanxunzaosheng。zhezhongdianzizaoshengyoudiandaotineibudianzidereraodongchansheng
，renhedianyaxiadouhuifashengzhezhongreraodong。suochanshengdezaoshengbenzhishangshigaosibaizaosheng

，bixutongguoyixiechaogaozengyidefangdaqijinxinghuanchong。

第di二er種zhong技ji術shu是shi使shi用yong反fan向xiang偏pian壓ya的de齊qi納na二er極ji管guan或huo雪xue崩beng擊ji穿chuan二er極ji管guan。這zhe種zhong噪zao聲sheng也ye是shi白bai噪zao聲sheng
，並bing且qie噪zao聲sheng級ji高gao於yu約yue翰han遜xun噪zao聲sheng，但dan仍reng然ran需xu要yao高gao增zeng益yi放fang大da器qi。

第三種技術是利用移位寄存器生成偽隨機二進製序列 (PRBS)，再使用數模轉換器 (DAC) 和濾波器將 PRBS 轉換為白噪聲。PRBS 噪聲流具有有限的重複長度。該長度可以按移位寄存器的級數來設置。信號持續時間的倒數是 PRBS 發生器可以再現的最低頻率。PRBS 發生器提供最高輸出電壓，並且不需要高增益放大器。

PRBS 發生器可利用離散移位寄存器（參見圖 4）或可編程片上係統（例如微控製器或 FPGA）來實現。

圖 4：利用兩個離散式八路 D 型觸發器 IC 實現 16 位 PRBS 噪聲發生器。（圖片來源：Art Pini）

PRBS 發生器（參見圖 4）設計成本低，基於線性反饋移位寄存器實現，采用 onsemi 的 MC14015DG 雙 4 位靜態移位寄存器和 Texas Instruments 的 CD4070BMT 四路異或門。十六路 D 型觸發器（每個 IC 8 路）在第 14 和 15 路設有反饋抽頭，可產生 PRBS15 數據模式。反饋連接通過一個異或門進行。該數據模式長度為 32767 位
，在 500 kHz 時鍾速率下持續時間約 65 毫秒 (ms)。通過使用更多移位寄存器，並適當改變反饋抽頭，可實現更長的模式。

使用 MC14093BDR2G 施密特觸發器與非門 (IC5) 和基本的電阻電容 (RC) 網絡，發生器在開機時初始化為“全零”狀態。時鍾由一個運行在 500 kHz 附近的簡單 CMOS 振蕩器提供。數字輸出可以從任何移位寄存器 Q 輸出中獲取。本例中使用的是 Q14。

雖然可以使用模擬濾波器，但會僅限於特定時鍾頻率。通過使用有限脈衝響應 (FIR) 低通數字濾波器，濾波器截止頻率將跟蹤時鍾頻率的任何變化。此外
，FIR 濾波器可以提供非常低的截止頻率，而這對於模擬濾波器而言，需要很大容量的電容器。FIR 濾波器組合了移位寄存器輸出的加權和。在頻域中產生矩形低通濾波器響應所需的加權是時域中的 sin(x)/x（圖 5）。

圖 5：發生器的輸出級采用來自移位寄存器輸出的 sin(x)/x 加權樣本，來實現 FIR 低通濾波器。（圖片來源：Art Pini）

加權移位寄存器輸出通過差分放大器求和
，該差分放大器包含 LM324KDR 四通道運算放大器的三個部分。上電阻器組代表 sin(x)/x 加權的負值。下電阻器組代表正值。該數字濾波器頻帶將輸出限製在 500 kHz 時鍾頻率的 5% 左右（或 25 kHz）
，適用於音頻測試目的。

利用一個簡單的阻容濾波器

，可以將該發生器的白噪聲輸出轉換為粉紅噪聲（圖 6）。

圖 6：這個簡單的 RC 濾波器將利用發生器的數字噪聲輸出產生粉紅噪聲。（圖片來源：Art Pini）

選擇的放大器要與預期的負載相匹配。這種類型的噪聲發生器適用於音頻測試和均衡。

總結

雖sui然ran通tong常chang需xu要yao消xiao除chu或huo至zhi少shao要yao減jian少shao噪zao聲sheng，但dan合he適shi的de噪zao聲sheng可ke能neng會hui很hen有you用yong。歸gui功gong於yu噪zao聲sheng已yi知zhi的de頻pin譜pu功gong率lv分fen布bu
，白bai噪zao聲sheng和he粉fen紅hong噪zao聲sheng是shi頻pin率lv響xiang應ying測ce試shi領ling域yu的de重zhong要yao資zi源yuan。如ru上shang所suo述shu，使shi用yong一yi些xie現xian成cheng的de元yuan器qi件jian可ke以yi快kuai速su構gou建jian一yi個ge合he適shi的de噪zao聲sheng發fa生sheng器qi。

（作者：Art Pini）

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