【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
、dianlushejihedianlubanbujuguochengzhonghuijinxingyouhuayishixiandizaosheng。shishishang，suijihuoweisuijizaoshengyoushihouhenyouyong。benwenjiangjinyibushuomingweishenmeyaoliyongzaoshengyijiruheliyong。

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、dianlushejihedianlubanbujuguochengzhonghuijinxingyouhuayishixiandizaosheng。shishishang，suijihuoweisuijizaoshengyoushihouhenyouyong。benwenjiangjinyibushuomingweishenmeyaoliyongzaoshengyijiruheliyong。

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）

如(ru)左(zuo)上(shang)方(fang)網(wang)格(ge)所(suo)示(shi)，白(bai)噪(zao)聲(sheng)通(tong)過(guo)適(shi)當(dang)的(de)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)網(wang)絡(luo)饋(kui)入(ru)濾(lv)波(bo)器(qi)。如(ru)左(zuo)下(xia)方(fang)網(wang)格(ge)所(suo)示(shi)，輸(shu)入(ru)噪(zao)聲(sheng)的(de)頻(pin)譜(pu)在(zai)整(zheng)個(ge)目(mu)標(biao)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)是(shi)平(ping)坦(tan)的(de)。正(zheng)確(que)端(duan)接(jie)的(de)濾(lv)波(bo)器(qi)輸(shu)出(chu)如(ru)右(you)上(shang)方(fang)網(wang)格(ge)所(suo)示(shi)。該(gai)輸(shu)出(chu)的(de)幅(fu)度(du)比(bi)輸(shu)入(ru)小(xiao)，因(yin)為(wei)帶(dai)通(tong)濾(lv)波(bo)器(qi)衰(shuai)減(jian)了(le)濾(lv)波(bo)器(qi)帶(dai)寬(kuan)之(zhi)外(wai)的(de)頻(pin)率(lv)分(fen)量(liang)。濾(lv)波(bo)器(qi)輸(shu)出(chu)的(de)頻(pin)譜(pu)（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

噪zao聲sheng發fa生sheng器qi可ke以yi基ji於yu以yi下xia三san種zhong基ji本ben技ji術shu中zhong的de任ren意yi一yi種zhong。第di一yi種zhong技ji術shu是shi使shi用yong電dian阻zu器qi中zhong產chan生sheng的de約yue翰han遜xun噪zao聲sheng。這zhe種zhong電dian子zi噪zao聲sheng由you電dian導dao體ti內nei部bu電dian子zi的de熱re擾rao動dong產chan生sheng
，任ren何he電dian壓ya下xia都dou會hui發fa生sheng這zhe種zhong熱re擾rao動dong。所suo產chan生sheng的de噪zao聲sheng本ben質zhi上shang是shi高gao斯si白bai噪zao聲sheng
，必bi須xu通tong過guo一yi些xie超chao高gao增zeng益yi的de放fang大da器qi進jin行xing緩huan衝chong。

dierzhongjishushishiyongfanxiangpianyadeqinaerjiguanhuoxuebengjichuanerjiguan。zhezhongzaoshengyeshibaizaosheng
，bingqiezaoshengjigaoyuyuehanxunzaosheng
，danrengranxuyaogaozengyifangdaqi。

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

suirantongchangxuyaoxiaochuhuozhishaoyaojianshaozaosheng，danheshidezaoshengkenenghuihenyouyong。guigongyuzaoshengyizhidepinpugonglvfenbu，baizaoshenghefenhongzaoshengshipinlvxiangyingceshilingyudezhongyaoziyuan。rushangsuoshu，shiyongyixiexianchengdeyuanqijiankeyikuaisugoujianyigeheshidezaoshengfashengqi。

（作者：Art Pini）

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

電源轉換應用控製算法的快速原型設計和部署

開關電源環路穩定性分析(六)

麵向工業4．0的強大無線通信

基於矽納米波導倏逝場耦合的超緊湊光學式MEMS加速度計

“感知未來”——艾邁斯歐司朗參展2023 CES，以最新的先進光學技術幫助應對全球挑戰