“噪声”是指某些电子干扰。其中有些干扰源是模拟电路元件内部所固有的，比如放大器和转换器。为了知道某个电路能够可靠工作的最低信号电平，设计工程师必须计算电路噪声。
电路噪声的计算相当复杂，因为它涉及推导和演算许多公式。在书写公式之前，设计工程师必须确定并考虑所有不相关和相关的噪声源。本文将讨论相关和非相关噪声同时存在的特殊情形，并为这种情形下的电路提供优化建议。采纳这些建议，设计的电路不仅能有效地工作，而且具有最优的噪声性能。
开始分析
为了获得最佳的噪声性能，设计工程师必须限制电路带宽，然后在噪声有效带宽(NEB)内计算噪声值。带宽限制方案之一是在信号调节电路级之中或之后使用简单的低通滤波器。
不管系统中的滤波器阶数是多少，噪声带宽都要大于信号带宽。信号在-3dB频率(f0)点的值将下降到原值的0.707倍，但一阶滤波器的噪声带宽将扩展到1.57 f0。这意味着白噪声直通过去了，就好像这个滤波器是截止频率为1.57 f0的砖墙式滤波器一样。更高阶(N)低通滤波器的倍增因子见表1。
表1：N阶滤波器的倍增因子确定了噪声等效带宽
N NEB
1 1.57 f0
2 1.11 f0
3 1.05 f0
4 1.025 f0

设计工程师可以使用公式1计算任意电路的噪声等效带宽，例如图1所示的带通滤波器的噪声等效带宽。公式1是在频域上对信号增益幅度进行积分，然后除以最大信号增益。
              （公式1）
比较方便的电路噪声计算方法是使用诸如PSpice这样的仿真软件。上述带通滤波器的截止频率是(1/2π×R3×C1)和(1/2π×R1×C21)。这时，有一个能够建模电压和电流噪声密度的精确运放模型很重要。仿真软件的噪声计算过程与手工计算是相同的，只是由软件进行数据处理。
为了得出NEB值，先从“分析设置”弹出菜单中选择“交流扫描”，然后点击“噪声使能”按钮。第一步是找到最大增益，如图2所示。
然后使用求和操作符得到NEB，见图3。NEB位于图形上端平坦部分，本例大约为170kHz。
Pspice还能计算出设计工程师需要研究的其它信息。例如，它已经为图1所示的电路收集好了显示输入输出噪声图形所必需的数据。这个功能可以在设置菜单中选择“使能噪声”实现。输出噪声结果见图4。
知道噪声带宽后，设计工程师可以通过使用探测器和s操作符获得这个带宽内的噪声电平，见图5。将一个光标放在低频率点（如1H），然后点击右键，在170kHz电路噪声带宽处放置第二个光标。在此带宽内的噪声可以从探针器光标内的“dif”读取。
上述方法的前提条件是正确确定所有电路噪声源，并针对最佳噪声性能进行了配置。Pspice并不知道正确的配置和元件值，它们都必须由电路设计工程师进行优化。上述电路针对噪声优化了吗？所有噪声源被确定和考虑了吗？
（3a部分到此结束。3b部分将讨论实际的电路例子，并进行计算。）
 
作者简介
Reza Moghimi是ADI公司精密模拟产品部的应用工程经理。他拥有圣何塞州立大学(SJSU)的电机工程学士学位和MBA学位。除了ADI公司外，Reza还曾在Raytheon公司、Siliconinx公司和Precision Monolithic公司(PMI)工作过。他爱好旅游、音乐和足球。