duiyudianzixianluzhongsuobiaochengdezaosheng，keyigaikuodirenwei，tashiduimudexinhaoyiwaidesuoyouxinhaodeyigezongcheng。zuichurenmenbazaochengshouyinjizheleiyinxiangshebeisuofachuzaoshengdenaxiedianzixinhao，chengweizaosheng。

 

但是，一些非目的的電子信號對電子線路造成的後果並非都和聲音有關，因而，後來人們逐步擴大了噪聲概念。

 

例(li)如(ru)，把(ba)造(zao)成(cheng)視(shi)屏(ping)幕(mu)有(you)白(bai)班(ban)呀(ya)條(tiao)紋(wen)的(de)那(na)些(xie)電(dian)子(zi)信(xin)號(hao)也(ye)稱(cheng)為(wei)噪(zao)聲(sheng)。可(ke)能(neng)以(yi)說(shuo)
，電(dian)路(lu)中(zhong)除(chu)目(mu)的(de)的(de)信(xin)號(hao)以(yi)外(wai)的(de)一(yi)切(qie)信(xin)號(hao)，不(bu)管(guan)它(ta)對(dui)電(dian)路(lu)是(shi)否(fou)造(zao)成(cheng)影(ying)響(xiang)，都(dou)可(ke)稱(cheng)為(wei)噪(zao)聲(sheng)。例(li)如(ru)，電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)中(zhong)的(de)紋(wen)波(bo)或(huo)自(zi)激(ji)振(zhen)蕩(dang)，可(ke)對(dui)電(dian)路(lu)造(zao)成(cheng)不(bu)良(liang)影(ying)響(xiang)，使(shi)音(yin)響(xiang)裝(zhuang)置(zhi)發(fa)出(chu)交(jiao)流(liu)聲(sheng)或(huo)導(dao)致(zhi)電(dian)路(lu)誤(wu)動(dong)作(zuo)
，但(dan)有(you)時(shi)也(ye)許(xu)並(bing)不(bu)導(dao)致(zhi)上(shang)述(shu)後(hou)果(guo)。

 

duiyuzhezhongwenbohuozhendang，douyingchengweidianludeyizhongzaosheng。youyoumouyipinlvdewuxiandianboxinhao，duixuyaojieshouzhezhongxinhaodejieshoujilaijiang

，tashizhengchangdemudexinhao，erduilingyijieshoujitajiushiyizhongfeimudexinhao，jishizaosheng。zaidianzixuezhongchangshiyongganraozhegeshuyu，youshihuiyuzaoshengdegainianxianghunxiao，qishi，shiyouqubiede。

 

噪(zao)聲(sheng)是(shi)一(yi)種(zhong)電(dian)子(zi)信(xin)號(hao)，而(er)幹(gan)擾(rao)是(shi)指(zhi)的(de)某(mou)種(zhong)效(xiao)應(ying)，是(shi)由(you)於(yu)噪(zao)聲(sheng)原(yuan)因(yin)對(dui)電(dian)路(lu)造(zao)成(cheng)的(de)一(yi)種(zhong)不(bu)良(liang)反(fan)應(ying)。而(er)電(dian)路(lu)中(zhong)存(cun)在(zai)著(zhe)噪(zao)聲(sheng)，卻(que)不(bu)一(yi)定(ding)就(jiu)有(you)幹(gan)擾(rao)。在(zai)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)中(zhong)。往(wang)往(wang)可(ke)以(yi)用(yong)示(shi)波(bo)器(qi)觀(guan)察(cha)到(dao)在(zai)正(zheng)常(chang)的(de)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)上(shang)混(hun)有(you)一(yi)些(xie)小(xiao)的(de)尖(jian)峰(feng)脈(mai)衝(chong)是(shi)所(suo)不(bu)期(qi)望(wang)的(de)，而(er)是(shi)一(yi)種(zhong)噪(zao)聲(sheng)。但(dan)由(you)於(yu)電(dian)路(lu)特(te)性(xing)關(guan)係(xi)

，這(zhe)些(xie)小(xiao)尖(jian)峰(feng)脈(mai)衝(chong)還(hai)不(bu)致(zhi)於(yu)使(shi)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)的(de)邏(luo)輯(ji)受(shou)到(dao)影(ying)響(xiang)而(er)發(fa)生(sheng)混(hun)亂(luan)
，所(suo)以(yi)可(ke)以(yi)認(ren)為(wei)是(shi)沒(mei)有(you)幹(gan)擾(rao)。

 

dangyigezaoshengdianyadadaozuyishidianlushoudaoganraoshi，gaizaoshengdianyajiuchengweiganraodianya。eryigedianluhuoyigeqijian
，dangtahainengbaochizhengchanggongzuoshisuojiadezuidazaoshengdianya，chengweigaidianluhuoqijiandekangganraorongxianhuokangraodu。yibanshuolai

，zaoshenghennanxiaochu，dankeyishefajiangdizaoshengdeqiangduhuotigaodianludekangraodu
，yishizaoshengbuzhiyuxingchengganrao。

 

 

這個東西主要是由於電路中的數字電路和電源部分產生的。在數字電路中，普遍存在高頻的數字電平，這些電平可以產生兩種噪聲：

1、電磁輻射，就像電視的天線一樣，通過發射電磁波來幹擾旁邊的電路，也就是你說的噪聲。

2、耦合噪聲，指數字電路和旁邊的電路存在一定的耦合，噪聲可以直接在電器上直接影響其他的電路，這種噪聲更厲害。

 

電源上存在的噪聲：如果是線性電源，首先低頻的50Hzjiushiyigeyanzhongdeganraoyuan。youyuchujijinlaidejiaoliudianbenshenjiubuchunjing，erqieshibolangdezhengxianbo，rongyiduipangbiandedianluchanshengdianciganrao，yejiushidiancizaosheng。ruguoshikaiguandianyuandehuazaoshenggengyanzhong，kaiguandianyuangongzuozaigaopinzhuangtai
，bingqiezaishuchubufencunzaihenzangdexiebodianya，zhexieduizhenggededianludounengchanshenghendadezaosheng。

 

防止方法：合理地接地、采用差分結構傳輸模擬信號、在電路的電源輸出端加去耦電容、采用電磁屏蔽技術
、模擬數字地分開、信號線兩邊走底線、地線隔離等等。其實我說的這些在去除噪聲的方麵隻是冰山一角
，就算是玩了30niandianziderenyebuhuiwanquanzhangwosuoyoudezheleijishu，yinweilijiezhangwozheleidongxixuyaohenqiangdejishujichuhexiangdangfengfudejingyan
，buguowogaosunidezhexiezaidatishangyijingzugoule。

 

本ben底di噪zao聲sheng是shi由you電dian路lu本ben身shen引yin起qi的de，由you於yu電dian源yuan的de不bu純chun淨jing，電dian路lu的de相xiang位wei裕yu度du和he增zeng益yi裕yu度du不bu合he適shi等deng等deng電dian路lu本ben身shen和he器qi件jian的de原yuan因yin。這zhe部bu分fen需xu要yao在zai電dian路lu設she計ji時shi進jin行xing改gai進jin。

 

其他噪聲是由於電路布局布線不合理等等認為因素，電磁兼容，導線間幹擾等等。

 

monidianluzaoshengdexiaochugengduodiyilaiyujingyanerfeikexueyiju。shejirenyuanjingchangyudaodeqingkuangshidianludemoniyingjianbufenshejichulaiyihou
，quefaxiandianluzhongdezaoshengtaida
，erbudebuzhongxinjinxingshejihebuxian。

 

這種“試試看”的(de)設(she)計(ji)方(fang)法(fa)在(zai)幾(ji)經(jing)周(zhou)折(zhe)之(zhi)後(hou)最(zui)終(zhong)也(ye)能(neng)獲(huo)得(de)成(cheng)功(gong)。不(bu)過(guo)
，避(bi)免(mian)噪(zao)聲(sheng)問(wen)題(ti)的(de)更(geng)好(hao)方(fang)法(fa)是(shi)在(zai)設(she)計(ji)初(chu)期(qi)進(jin)行(xing)決(jue)策(ce)時(shi)就(jiu)遵(zun)循(xun)一(yi)些(xie)基(ji)本(ben)的(de)設(she)計(ji)準(zhun)則(ze)，並(bing)運(yun)用(yong)與(yu)噪(zao)聲(sheng)相(xiang)關(guan)的(de)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)等(deng)知(zhi)識(shi)。

 

 

前置放大器在音頻係統中的作用至關重要。本文首先講解了在為家庭音響係統或PDA設計前置放大器時，工程師應如何恰當選取元件。隨後，詳盡分析了噪聲的來源，為設計低噪聲前置放大器提供了指導方針。最後，以PDA麥克風的前置放大器為例，列舉了設計步驟及相關注意事項。

 

前置放大器是指置於信源與放大器級之間的電路或電子設備
，例如置於光盤播放機與高級音響係統功率放大器之間的音頻前置放大器。

 

qianzhifangdaqishizhuanweijieshoulaizixinyuandeweiruodianyaxinhaoershejide，yijieshoudexinhaoxianyijiaoxiaodezengyifangda，youshishenzhizaichuansongdaogonglvfangdaqijizhiqianbianxianxingjiayitiaojiehuoxiuzheng，ruyinpinqianzhifangdaqikexianjiangxinhaojiayijunhengjijinxingyintiaokongzhi。wulunweijiatingyinxiangxitonghaishiPDA設計前置放大器，都要麵對一個十分頭疼的問題
，即究竟應該采用哪些元件才恰當
？

 

 

由於運算放大器集成電路體積小巧、性xing能neng卓zhuo越yue，因yin此ci目mu前qian許xu多duo前qian置zhi放fang大da器qi都dou采cai用yong這zhe類lei運yun算suan放fang大da器qi芯xin片pian。我wo們men為wei音yin響xiang係xi統tong設she計ji前qian置zhi放fang大da器qi電dian路lu時shi，必bi須xu清qing楚chu知zhi道dao如ru何he為wei運yun算suan放fang大da器qi選xuan定ding適shi當dang的de技ji術shu規gui格ge。在zai設she計ji過guo程cheng中zhong，係xi統tong設she計ji工gong程cheng師shi經jing常chang會hui麵mian臨lin以yi下xia問wen題ti。

 

1.是否有必要采用高精度的運算放大器？

 

輸shu入ru信xin號hao電dian平ping振zhen幅fu可ke能neng會hui超chao過guo運yun算suan放fang大da器qi的de錯cuo誤wu容rong限xian

，這zhe並bing非fei運yun算suan放fang大da器qi所suo能neng接jie受shou。若ruo輸shu入ru信xin號hao或huo共gong模mo電dian壓ya太tai微wei弱ruo，設she計ji師shi應ying該gai采cai用yong補bu償chang電dian壓ya(Vos)極低而共模抑製比(CMRR)極(ji)高(gao)的(de)高(gao)精(jing)度(du)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)。是(shi)否(fou)采(cai)用(yong)高(gao)精(jing)度(du)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)取(qu)決(jue)於(yu)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)需(xu)要(yao)達(da)到(dao)多(duo)少(shao)倍(bei)的(de)放(fang)大(da)增(zeng)益(yi)，增(zeng)益(yi)越(yue)大(da)，便(bian)越(yue)需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)較(jiao)高(gao)準(zhun)確(que)度(du)的(de)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)。

 

2.運算放大器需要什麼樣的供電電壓？

 

這個問題要看輸入信號的動態電壓範圍、係統整體供電電壓大小以及輸出要求才可決定，但不同電源的不同電源抑製比(PSRR)huiyingxiangyunsuanfangdaqidezhunquexing，qizhongyicaiyongdianchigongdiandexitongsuoshouyingxiangzuida。ciwai，gonghaodaxiaoyeyuneibudianludejingtaidianliujigongdiandianyayouzhijiedeguanxi。

 

3.輸出電壓是否需要滿擺幅？

 

低di供gong電dian電dian壓ya設she計ji通tong常chang都dou需xu要yao滿man擺bai幅fu的de輸shu出chu，以yi便bian充chong分fen利li用yong整zheng個ge動dong態tai電dian壓ya範fan圍wei

，以yi擴kuo大da輸shu出chu信xin號hao擺bai幅fu。至zhi於yu滿man擺bai幅fu輸shu入ru的de問wen題ti，運yun算suan放fang大da器qi電dian路lu的de配pei置zhi會hui有you自zi己ji的de解jie決jue辦ban法fa。由you於yu前qian置zhi放fang大da器qi一yi般ban都dou采cai用yong反fan相xiang或huo非fei反fan相xiang放fang大da器qi配pei置zhi，因yin此ci輸shu入ru無wu需xu滿man擺bai幅fu，原yuan因yin是shi共gong模mo電dian壓ya(Vcm)永遠小於輸出範圍或等於零(隻有極少例外，例如設有浮動接地的單供電電壓運算放大器)。

 

4.增益帶寬的問題是否更令人憂慮？

 

是的，尤其是對於音頻前置放大器來說，這是一個非常令人憂慮的問題。由於人類聽覺隻能察覺大約由20Hz至20kHz頻率範圍的聲音，因此部分工程師設計音頻係統時會忽略或輕視這個“範圍較窄”的帶寬。事實上
，體現音頻器件性能的重要技術參數如低總諧波失真(THD)、快速轉換率(slewrate)以及低噪聲等都是高增益帶寬放大器所必須具備的條件。

 

 

在設計低噪聲前置放大器之前，工程師必須仔細審視源自放大器的噪聲
，一般來說，運算放大器的噪聲主要來自四個方麵：

 

1.熱噪聲(Johnson)：由於電導體內電流的電子能量不規則波動產生的具有寬帶特性的熱噪聲，其電壓均方根值的正方與帶寬
、電導體電阻及絕對溫度有直接的關係。對於電阻及晶體管(例如雙極及場效應晶體管)來說
，由於其電阻值並非為零
，因此這類噪聲影響不能忽視。

 

2.閃爍噪聲(低頻)：由you於yu晶jing體ti表biao麵mian不bu斷duan產chan生sheng或huo整zheng合he載zai流liu子zi而er產chan生sheng的de噪zao聲sheng。在zai低di頻pin範fan圍wei內nei，這zhe類lei閃shan爍shuo以yi低di頻pin噪zao聲sheng的de形xing態tai出chu現xian，一yi旦dan進jin入ru高gao頻pin範fan圍wei
，這zhe些xie噪zao聲sheng便bian會hui變bian成cheng“白噪聲”。閃爍噪聲大多集中在低頻範圍，對電阻器及半導體會造成幹擾，而雙極芯片所受的幹擾比場效應晶體管大。

 

3.射擊噪聲(肖特基)：肖xiao特te基ji噪zao聲sheng由you半ban導dao體ti內nei具ju有you粒li子zi特te性xing的de電dian流liu載zai流liu子zi所suo產chan生sheng，其qi電dian流liu的de均jun方fang根gen值zhi正zheng方fang與yu芯xin片pian的de平ping均jun偏pian壓ya電dian流liu及ji帶dai寬kuan有you直zhi接jie的de關guan係xi。這zhe種zhong噪zao聲sheng具ju有you寬kuan帶dai的de特te性xing。

 

4.爆玉米噪聲(popcornfrequency)：bandaotidebiaomianruoshoudaowuranbianhuichanshengzhezhongzaosheng，qiyingxiangchangdajihaomiaozhijimiao，zaoshengchanshengdeyuanyinrengranweiming
，zaizhengchangqingkuangxia，bingwuyidingdemoshi。shengchanbandaotishiruocaiyongjiaoweijiejingdegongyi，huiyouzhujianshaozheleizaosheng。

 

此ci外wai，由you於yu不bu同tong運yun算suan放fang大da器qi的de輸shu入ru級ji采cai用yong不bu同tong的de結jie構gou，因yin此ci晶jing體ti管guan結jie構gou上shang的de差cha異yi令ling不bu同tong放fang大da器qi的de噪zao聲sheng量liang也ye大da不bu相xiang同tong。下xia麵mian是shi兩liang個ge具ju體ti例li子zi。

 

•雙極輸入運算放大器的噪聲：噪zao聲sheng電dian壓ya主zhu要yao由you電dian阻zu的de熱re噪zao聲sheng以yi及ji輸shu入ru基ji極ji電dian流liu的de高gao頻pin區qu射she擊ji噪zao聲sheng所suo造zao成cheng，低di頻pin噪zao聲sheng電dian平ping大da小xiao取qu決jue於yu流liu入ru電dian阻zu的de輸shu入ru晶jing體ti管guan基ji極ji電dian流liu產chan生sheng的de低di頻pin噪zao聲sheng
；噪聲電流主要由輸入基極電流的射擊噪聲及電阻的低頻噪聲所產生。

 

•CMOS輸入運算放大器的噪聲：噪聲電壓主要由高頻區通道電阻的熱噪聲及低頻區的低頻噪聲所造成，CMOS放大器的轉角頻率(cornerfrequency)比雙極放大器高
，而寬帶噪聲也遠比雙極放大器高；噪聲電流主要由輸入門極漏電的射擊噪聲所產生，CMOS放大器的噪聲電流遠比雙極放大器低，但溫度每升高10(C

，其噪聲電流便會增加約40%。

 

工gong程cheng師shi必bi須xu深shen入ru了le解jie噪zao聲sheng問wen題ti及ji進jin行xing大da量liang計ji算suan
，才cai可ke將jiang這zhe些xie噪zao聲sheng化hua為wei數shu字zi準zhun確que表biao達da出chu來lai。為wei了le避bi免mian將jiang問wen題ti複fu雜za化hua
，這zhe裏li隻zhi選xuan用yong音yin頻pin技ji術shu規gui格ge最zui關guan鍵jian的de幾ji個ge參can數shu。

 

 

上述方程式中的S及N均為功率。

 

 

在這裏我們討論一下如何設計一款適合PDA采用的麥克風前置放大器
，正如上文所述，我們必須明白信源是輸入前置放大器的信號。首先，我們必須知道以下信息：

•計劃采用的麥克風類型

•麥克風輸出信號電平

•麥克風阻抗及指定阻抗的頻率

•增益規定，有關增益可能受運算放大器的增益帶寬積所限製

•輸入信號頻率範圍

•噪聲規定

例如某種陶瓷麥克風的技術規格如下：

•阻抗：2.2k((以1kHz的頻率操作)

•輸出信號：200(Vpp

•音頻輸入頻率範圍：100Hz至4kHz

•熱噪聲：2nV/(Hz

前置放大器的增益指標：500(非反相)，第一級可達5倍增益，第二級可達100倍增益。

 

我們引用公式1：

 

 

等量輸入噪聲(EIN)＝輸入參照噪聲總量()×輸入頻率範圍：

 

 

輸出噪聲=等量輸入噪聲×增益=545.81nV×5=2.73uV(適用於1級增益)或545.81nV×100=54.58uV(適用於2級增益)。

 

兩個放大級的輸出噪聲總量：

 

 

1伏輸出電壓的信噪比電平=20×log(1V÷54.58uV)≈85.3dB

 

dianlushuchuzaoshengzongliangdayueshimeiyizaoshengyuanjunfanggendepingjunjunfangzhizonghedepingfanggen，ciwaishuchuzaoshengtongchangjuedabufenlaizizaoshengliangzuidadexinyuan。shijidianlurutu2所示。

 

MIC前置放大器電路圖

 

請注意，這款電路隻適用於單電源供電的設計，其中輸入及輸出電容器(C1及C4)隻(zhi)是(shi)選(xuan)項(xiang)
，工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)根(gen)據(ju)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)考(kao)慮(lv)選(xuan)用(yong)。適(shi)用(yong)與(yu)否(fou)取(qu)決(jue)於(yu)用(yong)戶(hu)係(xi)統(tong)的(de)輸(shu)入(ru)與(yu)輸(shu)出(chu)如(ru)何(he)連(lian)接(jie)。若(ruo)麥(mai)克(ke)風(feng)輸(shu)出(chu)設(she)有(you)直(zhi)流(liu)補(bu)償(chang)
，那(na)麼(me)便(bian)需(xu)要(yao)增(zeng)設(she)C1輸入電容器，以便阻塞直流電信號。輸出電容器也可發揮相同的作用。

 

目前市場上出售的麥克風大部分以2k(左右的高阻抗麥克風以及隻有幾百(dedizukangmaikefengweizhu
，zheliangleimaikefengdoukecaiyongshangshuqianzhifangdaqisheji。gaozukanggaoshuchumaikefengqianzhifangdaqijiaoweijiandan
，keyicaiyongfeifanxianghuofanxiangfangdaqipeizhi。

 

由(you)於(yu)其(qi)頻(pin)率(lv)響(xiang)應(ying)較(jiao)為(wei)平(ping)坦(tan)，因(yin)此(ci)無(wu)需(xu)特(te)別(bie)加(jia)以(yi)均(jun)衡(heng)，而(er)且(qie)輸(shu)入(ru)電(dian)平(ping)較(jiao)大(da)，放(fang)大(da)器(qi)對(dui)噪(zao)聲(sheng)的(de)要(yao)求(qiu)很(hen)低(di)
，但(dan)高(gao)阻(zu)抗(kang)麥(mai)克(ke)風(feng)對(dui)來(lai)曆(li)不(bu)明(ming)的(de)噪(zao)聲(sheng)及(ji)磁(ci)場(chang)極(ji)為(wei)敏(min)感(gan)。低(di)阻(zu)抗(kang)低(di)輸(shu)出(chu)麥(mai)克(ke)風(feng)前(qian)置(zhi)放(fang)大(da)器(qi)也(ye)可(ke)采(cai)用(yong)非(fei)反(fan)相(xiang)或(huo)反(fan)相(xiang)放(fang)大(da)器(qi)將(jiang)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)放(fang)大(da)，頻(pin)率(lv)響(xiang)應(ying)及(ji)均(jun)衡(heng)等(deng)方(fang)麵(mian)的(de)要(yao)求(qiu)都(dou)與(yu)高(gao)阻(zu)抗(kang)高(gao)輸(shu)出(chu)的(de)前(qian)置(zhi)放(fang)大(da)器(qi)大(da)致(zhi)相(xiang)同(tong)。

 

如(ru)果(guo)麥(mai)克(ke)風(feng)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)平(ping)較(jiao)低(di)

，工(gong)程(cheng)師(shi)必(bi)須(xu)注(zhu)意(yi)選(xuan)用(yong)低(di)噪(zao)聲(sheng)的(de)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)。如(ru)性(xing)能(neng)較(jiao)好(hao)的(de)低(di)噪(zao)聲(sheng)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)應(ying)該(gai)產(chan)生(sheng)較(jiao)低(di)的(de)輸(shu)入(ru)參(can)照(zhao)電(dian)壓(ya)噪(zao)聲(sheng)，而(er)且(qie)噪(zao)聲(sheng)不(bu)應(ying)超(chao)過(guo)10nV/((Hz)。

 

 

我wo們men可ke將jiang噪zao聲sheng定ding義yi為wei電dian子zi係xi統tong中zhong任ren何he不bu需xu要yao的de信xin號hao。噪zao聲sheng會hui導dao致zhi音yin頻pin信xin號hao質zhi量liang下xia降jiang以yi及ji精jing確que測ce量liang方fang麵mian的de錯cuo誤wu。板ban級ji與yu係xi統tong級ji電dian子zi設she計ji工gong程cheng師shi希xi望wang能neng確que定ding其qi設she計ji方fang案an在zai最zui差cha條tiao件jian下xia的de噪zao聲sheng到dao底di有you多duo大da
，並bing找zhao到dao降jiang低di噪zao聲sheng的de方fang法fa以yi及ji準zhun確que確que認ren其qi設she計ji方fang案an可ke行xing性xing的de測ce量liang技ji術shu。

 

噪聲包括固有噪聲及外部噪聲，這兩種基本類型的噪聲均會影響電子電路的性能。外部噪聲來自外部噪聲源，典型例子包括數字交換、60Hz噪聲以及電源交換等。

 

固有噪聲由電路元件本身生成，最常見的例子包括寬帶噪聲、熱噪聲以及閃爍噪聲等。本係列文章將介紹如何通過計算來預測電路的固有噪聲大小，如何采用SPICE模擬技術
，以及噪聲測量技術等。