【模拟CMOS集成电路设计】 第七章 噪声

目录

7.1噪声的统计特性

7.1.1噪声谱

7.1.2幅值分布

7.1.3相关噪声源和非相关噪声源 

7.1.4信噪比

7.1.5噪声分析步骤

7.2噪声类型

7.2.1热噪声

电阻热噪声

MOS管热噪声

7.2.2闪烁噪声

7.3电路中的噪声表示

7.4单极放大器中的噪声

7.4.1共源级

7.4.2共栅级

7.4.3源跟随器

7.4.4共源共栅级

7.5电流镜中的噪声

7.6差动对中的噪声

7.7噪声与功率的折中

7.8噪声带宽

7.9输入噪声积分的问题

7.10附录A：噪声相关的问题

参考文献

习题

也称功率谱密度PSD，频谱图代表不同频率分量的信号的功率（），信号总功率为各个频率功率的和，即0~∞积分（单边谱），-∞~+∞积分（双边谱）。

信号通过系统： 

概率密度函数PDF

正态分布

一、

电阻热噪声：

  ,  单位为

也可写为     ,    

k=1.38X10-23J/K为玻尔兹曼常数；

二、

RC低通滤波器的噪声谱和总功率：

 电流输出总噪声与R无关，更大的R值，每单位带宽的相关噪声将增加，但电路的总带宽将减少，只能通过增加C值来减小 也将带来其他困难。

三、用电流源表示电阻热噪声

 四、

电容电感不贡献噪声； 为抽象电阻，不贡献噪声。

一、

mos管最大的热噪声是沟道中产生的：     

转到栅级为：  

长沟道的 等于2/3，沟道越短， 越大，最大到2.5

 二、

mos管的栅源漏都会有电阻，都会产生噪声，对于长沟道，源漏电阻很小，可以忽略，但栅电阻就会很大，如下图

 解决方法为：

用栅极串联电压来模拟   ，与T和gm无关。K为闪烁噪声系数，数量级为10-25 V2F

要减小 1/f 噪声，就要增大WL，故在低噪声应用中可以有面积达到几百平方微米的器件，pmos的1/f 噪声比nmos小，因为pmos输送空穴是在“埋沟”中，也就是在距硅-氧化物界面有一定距离的地方。因此，俘获与释放载流子的概率比较小。

mos的 1/f 噪声比BJT更大，因为BJT不是表面器件，而是一种电流器件，不存在悬挂键的问题。

一、

输出噪声：

 输入噪声：

 二、

当输入信号与并不能全部地作用在mos地输入端时，即中间有电阻或电容；

我们想要的等效是等效在输入信号端（即电阻的左端），但从输出返回的等效输入时输入期间的输入端口（即电阻的右端），故需要在电阻左端再加一个电流源，这个电流源的作用效果与没有电阻时等效电压源的作用效果相同。

电流源需要在输入端电阻上产生一个输入等效电压。

仅有输入等效电压时不能有效地等效。

在计算Vn,in时，左端接地，不考虑Zs。此时Vn,in能在输入电阻产生正确的等效电压。

在计算In,in时，左端短路，不考虑Zs，此时In,in能在输入电阻产生正确的等效电压。

得到Vn,in、In,in后，加上Zx，也能在输入端产生正确的等效电压；原因是当Zx变大时，Vn,in在输入端产生负的电压变化，而In,in在输入端产生正的电压变化。两者都是线性的，变化相互抵消，输入端电压等于等效输入电压不变。

 电压源和电流源谁占主要：

一、电阻做负载 

二、电流源做负载（为什么没考虑1/f噪声呢？）

三、class_AB 

等效电压

等效电流

       为什么不考虑mos的In，输入开路了，电流没地方流。

        共栅级电路的一个严重缺点是,负载产生的噪声电流是由输人直接引起的。之所以产生这个结果是由于这个电路没有电流增益,这一点和共源放大器相反。共源的低频理想电流增益为无穷大。故不考虑In。

 加偏置后：

 不考虑M2的噪声。