在第四部分中，我们采用了TINA SPICE 来分析运算放大器(op amp) 中的噪声。同时，TINA SPICE 分析所采用的示范电路也可用于第三部分的工艺分析 (hand analysis) 范例中，而且使用工艺分析和 TINA SPICE 所得出的结果非常接近。在第五部分中，我们将着重介绍用于噪声测量的几款不同型号的设备，并探讨设备的技术规范以及与噪声测量有关的运行模式。虽然探讨的是具体的设备型号，但是相关的原理适用于大多数的设备。在第六部分中，我们将向您展示实际的应用范例——如何运用相关设备来测量第三部分和第四部分中所阐述的电路。噪声测量设备：真正的 RMS DVM噪声测量试验设备有三种：分别为真有效值 (RMS) 表、示波器以及光谱分析仪。真有效值表可以测量各种不同波形的 AC 信号 RMS电压。通常情况下，很多仪表通过检测峰值电压，然后将峰值电压乘以 0.707，计算出 RMS 值。然而，采用这种有效值计算方法的仪表并不是真正的 RMS 表，因为这种仪表在测量时，通常假定波形为正弦波。另一方面，一款真正的 RMS 表可以测量诸如噪声等非正弦波形。许多高精度的数字万用表(DMM) 都具有真正的 RMS 功能。通常而言，数字万用表通过将输入电压数字化、采集数以千计的样本并对 RMS 值进行数学计算，来实现上述功能。一款 DMM 在完成该测量时通常要具备两种设置：“AC 设置”以及“AC+DC 设置”。在“AC”设置模式下，DMM 输入电压为连接到数字转换器的 AC 电压。因此，此时 DC 组件处于隔离状态——这是进行宽带噪声测量理想的运行模式，因为，从数学层面上来说，测量结果等同于噪声的标准偏差。在“AC+DC”设置模式下，输入信号直接被数字化，同时完成了对 RMS 值的计算。这种运行模式不能用于宽带噪声测量。如欲了解典型的高精度真正 RMS 表的结构图，敬请参阅图 5.1。图 5.1：典型的高精度真正 RMS DVM 的示例当使用真正的 RMS DVM 测量噪声时，您必须考虑其技术规范和不同的运行模式。部分 DMM 具有专门针对宽带噪声测量优化的特殊运行模式。在这种模式下，DMM 就成为一款真正的 RMS，运行模式为 AC 耦合模式，其能够测量从 20 Hz 至 10 MHz 的带宽噪声。对于一款高精度 DMM 来说，20uV 是固有噪声的典型值。如欲了解这些技术规范的一览表，敬请参阅图 5.2。请注意，只要将 DMM 输入端进行短路，就能测出固有噪声。图 5.2：典型的高精度仪表规范一览表噪声测量的设备：示波器采用真正的 RMS 仪表测量噪声的一个不足之处在于：这种仪表不能识别噪声的性质。例如，真正的 RMS 仪表不能识别特定频率时噪声拾波 (noise pickup) 和宽带噪声之间的区别。然而，示波器能使您观察到时域噪声波形。值得注意的是，大多数不同类型噪声的波形差异性很大，因此，利用示波器能够确定何种噪声影响最大。数字和模拟示波器均可用于噪声测量。由于噪声在性质方面的随意性，因此噪声信号不能触发模拟示波器，只有重复性波形才能触发模拟示波器。然而，当存在噪声源输入时，模拟示波器上则显示出独特的影像。图 5.3 显示了采用模拟示波器进行宽带测量得出的结果。值得注意的是，由于显示的荧光特性以及噪声对模拟示波器的非触发性，模拟示波器常常生成一般和“拖尾”波形。大多数标准模拟示波器的缺点就是，它们不能检测到低频噪声（1/f 噪声）。图 5.3：模拟示波器上的白噪声数字示波器具有诸多有助于测量噪声的实用的特性，其能检测到低频噪声波形（如 1/f 噪声）。同时，数字示波器还可以对 RMS 进行数学计算。图 5.4 所示的噪声源与图 5.3 中的噪声源相同的，这种噪声源采用数字示波器才能检测出。图5.4：数字示波器上的白噪声当使用示波器测量噪声时，应遵循一些通用指南。首先，在测量噪声信号前，有一项重要的工作就是检查示波器的固有噪声。这项检查工作可以通过连接示波器输入端的 BNC 短路电容器 (shorting cap)，或将示波器引线与接地短路连接（如果采用了 1x 探针）。这种考虑之所以这么重要，是因为采用 1x 探针时的测量范围会小 10 倍。大多数质量上乘的示波器都拥有 1mV/division 量程，并配有 1x 示波器探针或 BNC 直接连接；同时，还具有带 10x 探针的 10mV/division 固有噪声。需要注意的是，与 1x 示波器探针相比，我们应优先考虑 BNC 直接连接，因为接地的连接方式能够减小 RFI / EMI 干扰（请参阅图 5.5）。其中一种避免这种情况的方法就是，拆除示波器探针的接地引线和上端引线 (top cover)，同时在探针的侧面进行接地（请参阅图 5.6）。图 5.7 显示了一个 BNC 短路电容。图 5.5：接地能够减小 RFI / EMI 干扰图 5.6：拆除接地的示波器探针图 5.7：BNC 短路电容大多数示波器都具有带宽限制功能。为了准确测量噪声，示波器的带宽必须比所测量电路中的噪声带宽高。但是，为了获得最佳的测量结果，示波器的带宽应调整为大于噪声带宽的某一数值。例如，假设示波器全带宽为 400 MHz，当开启限制功能时，带宽则为 20 MHz。如果使用 100 kHz 的噪声带宽测量电路中的噪声，此时开启带宽限制功能，才有实际意义。就这个示例而言，由于超过带宽的 RFI/EMI 干扰将被消除，因此固有噪声较低。图 5.8和图 5.9 显示了具有和不具有带宽限制功能的典型数字示波器的固有噪声。图 5.10 显示了采用 10x 探针示波器的固有噪声相当高。

关键词： 噪声测量运算放大