對dui於yu電dian子zi線xian路lu中zhong所suo標biao稱cheng的de噪zao聲sheng，可ke以yi概gai括kuo地di認ren為wei，它ta是shi對dui目mu的de信xin號hao以yi外wai的de所suo有you信xin號hao的de一yi個ge總zong稱cheng。最zui初chu人ren們men把ba造zao成cheng收shou音yin機ji這zhe類lei音yin響xiang設she備bei所suo發fa出chu噪zao聲sheng的de那na些xie電dian子zi信xin號hao
，稱cheng為wei噪zao聲sheng。

 

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。

 

liru，bazaochengshipingmuyoubaibanyatiaowendenaxiedianzixinhaoyechengweizaosheng。kenengyishuo，dianluzhongchumudedexinhaoyiwaideyiqiexinhao，buguantaduidianlushifouzaochengyingxiang
，doukechengweizaosheng。liru
，dianyuandianyazhongdewenbohuozijizhendang，keduidianluzaochengbuliangyingxiang
，shiyinxiangzhuangzhifachujiaoliushenghuodaozhidianluwudongzuo，danyoushiyexubingbudaozhishangshuhouguo。

 

duiyuzhezhongwenbohuozhendang

，douyingchengweidianludeyizhongzaosheng。youyoumouyipinlvdewuxiandianboxinhao，duixuyaojieshouzhezhongxinhaodejieshoujilaijiang
，tashizhengchangdemudexinhao，erduilingyijieshoujitajiushiyizhongfeimudexinhao，jishizaosheng。zaidianzixuezhongchangshiyongganraozhegeshuyu
，youshihuiyuzaoshengdegainianxianghunxiao，qishi
，shiyouqubiede。

 

zaoshengshiyizhongdianzixinhao，erganraoshizhidemouzhongxiaoying，shiyouyuzaoshengyuanyinduidianluzaochengdeyizhongbuliangfanying。erdianluzhongcunzaizhezaosheng，quebuyidingjiuyouganrao。zaishuzidianluzhong。wangwangkeyiyongshiboqiguanchadaozaizhengchangdemaichongxinhaoshanghunyouyixiexiaodejianfengmaichongshisuobuqiwangde，ershiyizhongzaosheng。danyouyudianlutexingguanxi
，zhexiexiaojianfengmaichonghaibuzhiyushishuzidianludeluojishoudaoyingxiangerfashenghunluan
，suoyikeyirenweishimeiyouganrao。

 

當dang一yi個ge噪zao聲sheng電dian壓ya大da到dao足zu以yi使shi電dian路lu受shou到dao幹gan擾rao時shi，該gai噪zao聲sheng電dian壓ya就jiu稱cheng為wei幹gan擾rao電dian壓ya。而er一yi個ge電dian路lu或huo一yi個ge器qi件jian，當dang它ta還hai能neng保bao持chi正zheng常chang工gong作zuo時shi所suo加jia的de最zui大da噪zao聲sheng電dian壓ya
，稱cheng為wei該gai電dian路lu或huo器qi件jian的de抗kang幹gan擾rao容rong限xian或huo抗kang擾rao度du。一yi般ban說shuo來lai，噪zao聲sheng很hen難nan消xiao除chu，但dan可ke以yi設she法fa降jiang低di噪zao聲sheng的de強qiang度du或huo提ti高gao電dian路lu的de抗kang擾rao度du，以yi使shi噪zao聲sheng不bu致zhi於yu形xing成cheng幹gan擾rao。

 

 

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50Hz就jiu是shi一yi個ge嚴yan重zhong的de幹gan擾rao源yuan。由you於yu初chu級ji進jin來lai的de交jiao流liu電dian本ben身shen就jiu不bu純chun淨jing
，而er且qie是shi波bo浪lang的de正zheng弦xian波bo

，容rong易yi對dui旁pang邊bian的de電dian路lu產chan生sheng電dian磁ci幹gan擾rao，也ye就jiu是shi電dian磁ci噪zao聲sheng。如ru果guo是shi開kai關guan電dian源yuan的de話hua噪zao聲sheng更geng嚴yan重zhong，開kai關guan電dian源yuan工gong作zuo在zai高gao頻pin狀zhuang態tai，並bing且qie在zai輸shu出chu部bu分fen存cun在zai很hen髒zang的de諧xie波bo電dian壓ya，這zhe些xie對dui整zheng個ge的de電dian路lu都dou能neng產chan生sheng很hen大da的de噪zao聲sheng。

 

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30年nian電dian子zi的de人ren也ye不bu會hui完wan全quan掌zhang握wo所suo有you的de這zhe類lei技ji術shu
，因yin為wei理li解jie掌zhang握wo這zhe類lei東dong西xi需xu要yao很hen強qiang的de技ji術shu基ji礎chu和he相xiang當dang豐feng富fu的de經jing驗yan，不bu過guo我wo告gao訴su你ni的de這zhe些xie在zai大da體ti上shang已yi經jing足zu夠gou了le。

 

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。

 

模mo擬ni電dian路lu噪zao聲sheng的de消xiao除chu更geng多duo地di依yi賴lai於yu經jing驗yan而er非fei科ke學xue依yi據ju。設she計ji人ren員yuan經jing常chang遇yu到dao的de情qing況kuang是shi電dian路lu的de模mo擬ni硬ying件jian部bu分fen設she計ji出chu來lai以yi後hou，卻que發fa現xian電dian路lu中zhong的de噪zao聲sheng太tai大da
，而er不bu得de不bu重zhong新xin進jin行xing設she計ji和he布bu線xian。

 

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。

 

前(qian)置(zhi)放(fang)大(da)器(qi)是(shi)專(zhuan)為(wei)接(jie)收(shou)來(lai)自(zi)信(xin)源(yuan)的(de)微(wei)弱(ruo)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)而(er)設(she)計(ji)的(de)，已(yi)接(jie)收(shou)的(de)信(xin)號(hao)先(xian)以(yi)較(jiao)小(xiao)的(de)增(zeng)益(yi)放(fang)大(da)，有(you)時(shi)甚(shen)至(zhi)在(zai)傳(chuan)送(song)到(dao)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)級(ji)之(zhi)前(qian)便(bian)先(xian)行(xing)加(jia)以(yi)調(tiao)節(jie)或(huo)修(xiu)正(zheng)，如(ru)音(yin)頻(pin)前(qian)置(zhi)放(fang)大(da)器(qi)可(ke)先(xian)將(jiang)信(xin)號(hao)加(jia)以(yi)均(jun)衡(heng)及(ji)進(jin)行(xing)音(yin)調(tiao)控(kong)製(zhi)。無(wu)論(lun)為(wei)家(jia)庭(ting)音(yin)響(xiang)係(xi)統(tong)還(hai)是(shi)PDA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)：xiaotejizaoshengyoubandaotineijuyoulizitexingdedianliuzailiuzisuochansheng，qidianliudejunfanggenzhizhengfangyuxinpiandepingjunpianyadianliujidaikuanyouzhijiedeguanxi。zhezhongzaoshengjuyoukuandaidetexing。

 

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

 

ciwai，youyubutongyunsuanfangdaqideshurujicaiyongbutongdejiegou，yincijingtiguanjiegoushangdechayilingbutongfangdaqidezaoshengliangyedabuxiangtong。xiamianshilianggejutilizi。

 

•雙極輸入運算放大器的噪聲：zaoshengdianyazhuyaoyoudianzuderezaoshengyijishurujijidianliudegaopinqushejizaoshengsuozaocheng，dipinzaoshengdianpingdaxiaoqujueyuliurudianzudeshurujingtiguanjijidianliuchanshengdedipinzaosheng
；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sheC1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)。

 

ruguomaikefengdeshuchudianpingjiaodi，gongchengshibixuzhuyixuanyongdizaoshengdeyunsuanfangdaqi。ruxingnengjiaohaodedizaoshengyunsuanfangdaqiyinggaichanshengjiaodideshurucanzhaodianyazaosheng，erqiezaoshengbuyingchaoguo10nV/((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。