识别噪声源以降低PCB中的噪声下限
作为一个自诩的音响发烧友，我仍然有一个较老的立体声系统，那是我父亲送给我的礼物。这个旧系统在听重金属音乐的时候很容易惹恼邻居，但是把音量调小，你就能听到扬声器里微弱的嗡嗡声。我不会升级我的立体声系统，即使新系统提供更好的噪音抑制。
很多人喜欢谈论他们系统中的噪音和噪音下限，因为你实际上可以“听到”系统中的任何电子噪音。有些设计师专门从EMI的角度来讨论噪声，要么是来自外部源的辐射，要么是组件之间的传导。当考虑到一些固有的噪声源和独特的组件时，EMI当然在起作用。
然而，有多种影响可以在PCB中显示噪声，在严重的情况下造成测量和操作问题。您可以采取许多策略来降低整个系统的噪声下限，从简单的屏蔽罐到帮助降低关键组件所看到的噪声下限的简单电路。
噪声源及噪音下限
一些元件，如用于产生时钟信号的晶体振荡器或射频滤波器/放大器，将输出除所需信号外的多个泛音。其他开关元件，如切换监管机构，将输出一个铃声信号，这可能有助于您的板的噪音水平，取决于它的振幅。这些噪声源是众所周知的，最好在设计中计划解决这些噪声源。其他噪声源，如白噪声(也称为约翰逊噪声)，粉色噪声，相位噪声，或来自其他设备的不可预知的EMI，也可能作为背景噪声出现。
这些噪音源不能完全消除，但如果你能找出主要的噪音源，你可以设计一些减少噪音源的策略。系统中所有噪声源的功率谱密度之和就是噪声下限，这将决定您可以在系统中测量或检测到的最小信号水平。通过识别和抑制各种噪声源，你可以把噪音下限降低到尽可能低的值。
像开关引起的铃声这样的东西通常很容易识别;它将表现为叠加在数字信号上的阻尼振荡，这可以在时域中看到。小振铃的振幅可能很低，但仍可能在系统中造成噪声。一些噪声源，如相位噪声(对于模拟信号)，定时抖动(对于数字信号)，强烈的铃声和残留波纹，如果你知道在示波器跟踪中寻找什么，可以很容易地在时域中识别。然而，观察有噪声的示波器轨迹可能会隐藏一些只能在频域内区分的噪声源。
频谱分析仪的输出，显示所需频谱中的噪声下限
用噪音下限测量确定噪声源
当您在电路板上收集信号测量时，如传输到组件的电流或通过电路的特定部分的电压，您的测量将返回一些噪声信号，在您想测量的信号缺失的情况下。用一些聪明的频域分析，你可以分辨背景噪音信号中的噪音成分，并决定最佳的设计方案，以减低噪音的影响。
当你在时域中有一个有噪声的背景信号时，确定噪声来源的最简单的方法是对数据进行傅里叶变换。您的数据将显示来自系统中所有噪声源的贡献。傅里叶变换的输出可以告诉你系统中哪些噪声源是突出的。在时域中看似混沌的信号实际上可能是由电路板中不同组件产生的少量离散的、不相关的频率造成的。如下面的例子所示:
用傅里叶变换确定噪声层中的分量
从这张图中我们可以看到实际上有五种不同频率的谐波噪声源。大约2.5、5、7.5和10 kHz的峰值可能是某个特定分量输出的前四个谐波。如果该板是多板系统的一部分，由于辐射电磁干扰，这些峰值也可能在被测试的板中出现，尽管在低频看到如此强的峰值会令人惊讶。这些峰值更有可能出现EMI进行从上游组件。
宽背景显示了噪声下限，很可能是由于约翰逊噪声，尽管我们不能忽视在如此低的频率下粉色噪声的影响。请注意，您可以使用频谱分析仪直接在频域收集精确的测量结果。
采集精确的噪声下限测量需要一个极低噪声下限(通常以dBm测量)的探测系统。例如，如果探头的噪声下限为-120 dBm，但您试图测量-140 dBm的信号，那么您将无法看到噪声下限以上的信号。噪声下限必须降低至少20 dBm，才能有机会看到信号。在这种情况下，您将需要增加信号强度，降低噪声下限，或两者兼有，以便检测到的信号高于某个最小信噪比。
减少噪音下限
你应该采取的减少噪音的策略实际上取决于特定的来源。在某些组件的输出出现伪谐波的情况下，过滤可能足以降低这些信号的强度，使它们在其他噪声源的影响下变得不明显。约翰逊噪声依赖于组件的温度，降低这个噪声源需要冷却设备。这就是为什么用于测量微弱光信号的敏感系统通常是Peltier或液体冷却的。
当您检查约翰逊噪声在一个特定组件的影响时，您需要考虑该组件的带宽。由约翰逊噪声引起的最小等效输入噪声通常在特定的温度下指定(通常以dBm/Hz为单位)，这将有助于在组件的输出中测量噪声下限。组件的带宽和输入输出之间的噪声值可以用来确定噪声下限:
约翰逊噪声的噪声下限方程，单位为dBm
当使用射频组件或其他模拟电路时，像谐波平衡分析这样的技术可以帮助您确定噪声频谱中的伪谐波如何将电流传播到不同的电路中。当您将结果与系统中指定的噪声下限进行比较时，您就可以确定是否应该过滤杂散谐波，以满足您的测量要求。您还可以通过查看下游组件的带宽和噪声图来确定传播到下游组件(如射频放大器)的任何伪谐波的强度。
如果您需要采取真正的步骤来减少PCB中的噪声地板，您可以在整个板中确定正确的阻抗匹配条件正确的PCB设计和分析软件．快板PSpice软件模拟器和节奏的全部分析工具套件可以帮助您检查电路中噪声的影响，并帮助您确定降低噪声下限的正确设计选择。
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