您的噪声数据测量告诉您关于您的系统
关键的外卖
电路中的噪声问题可以用噪声系数测量来量化。
模拟可用于检查系统的不同部分如何在不同频率下衰减噪声。
这些测量值对于确定系统的哪些部分对总体噪声的贡献最大是有用的。
电子产品中总是存在噪声，您需要执行噪声系数测量，以确保信号不会被降级。
对于一些设计师来说，外部和内部噪声可能是事后才考虑的，但这两种来源都会降低信号质量，以至于系统失败。在高速系统、高频模拟系统或混合信号系统中工作会导致对不同形式的噪声的敏感性。数字系统对与辐射EMI/串扰无关的固有噪声源相对免疫，但如果噪声太大，模拟和混合信号系统可能会失败。
作为一名设计师，你该如何处理噪音，如何量化系统中的噪音?关键是通过噪声测量，这需要直接从感兴趣的组件收集。应该使用一些基本技术来收集噪声数据，然后可以使用这些技术为您的系统做出一些智能过滤、放大和信号处理选择。
一旦您确定了有过多噪声的违规组件或信号源，就该对原理图、布局或两者进行更改了。使用正确的电路设计工具和PCB布局工具，您可以轻松地使用新组件修改系统，为信号产生更高的信噪比(SNR)值。看看我们的噪声系数测量指南，并更好地了解它们与您的电路设计和PCB布局的关系。
什么是噪声系数测量?
虽然噪声在概念上很容易理解，但正确测量它需要对噪声有所了解。这是因为不同类型的噪声表现出不同的时间和光谱行为。例如，随机宽带噪声需要宽带测量来获得噪声功率密度的精确测量。相比之下，由于来自不同元件的串扰或EMI，电路中可能会接收到噪声，这需要在狭窄的频率范围内进行测量。
一般来说，您可以在任何具有多个端口(输入和输出)的电子系统上测量噪声值。示例包括单个组件、多个组件的电路或PCB上布局有多个电路的整个系统。单个的无源器件(如电阻和电容器)和有源器件可作为dut用于测量噪声值。只要该装置至少有一个输入和输出，它就可以用于测量噪声数字。
下图是一般的噪声测量图。注意，该图显示了2端口设备(1个输入和1个输出)的典型设置。此外，DUT经常被放置在一个法拉第笼将其与外部辐射电磁干扰源隔离开来。多端口设备也可以测试这种设置;耦合器步骤将连接到负载，开路(NC)，或短路(地)期间，以模拟不同类型的操作输入端的终止这是很有必要的。
噪声测量的典型设置。
该测量的目标是检查DUT如何产生自己的噪声，这些噪声叠加在分析仪产生的噪声上。一个典型的噪声系数测量需要校准分析仪，以考虑分析仪产生的噪声，然后检查DUT如何增加额外的噪声测量。另一种噪声系数测量技术在噪声源和DUT之间使用网络分析仪，这需要它自己的测量技术。
当噪声源的噪声通过DUT时，通过测量DUT输入(无DUT时)和DUT输出(有DUT时)的信噪比来计算噪声图。以分贝为单位的噪声系数(NF)可以用以下公式计算:
噪声图公式。
NF值越接近0 dB，产生的噪声越小。所有部件都会在不同频率产生一些噪声，这些噪声会叠加在噪声源发出的噪声上。这里的关键是适当地量化噪声，以便从测量中确定噪声值并与系统规格进行比较。这需要考虑不同的噪声源，并试图确定它们何时出现在噪声数值测量中。
系统中的噪声源
在电子系统中有两种主要类型的噪声:随机噪声和确定性噪声。随机噪声源包括任何遵循随机过程的东西，因为构成电流的电子的量子特性。确定性噪声源(例如，传导和辐射EMI)更容易测量，如果它们传播到输出，则可以包括在噪声图测量中。
请注意，EMI不一定来自器件的外部，但它可以从DUT的内部传递到输出，作为串扰、传导EMI或封装内的辐射EMI。您在噪声图测量和模拟中的目标是检查当噪声通过DUT时信噪比值如何变化，以及噪声如何叠加到输出信号上。
随机噪声源
纯电阻式dut具有均匀分布在频域的噪声分布。然而，真正的dut，以及用来制造它们的元件，并不是纯电阻性的;因此，RMS噪声级可以是频率的复杂函数。热噪声将始终存在并且无法消除，尽管在系统中使用具有较低电阻的元件可以降低热噪声电压。使用反应性组件是一个更复杂的问题，因为结果系统中的宽带噪声是频率的函数．
确定性噪声源
在DUT的输出中还可能存在各种确定性噪声源，这些噪声源将在噪声图测量期间被捕获。这些确定性噪声源通常是窄带(单一频率)或分布在多个谐波中。通过在频域观察DUT的测量输出信号，可以从噪声图测量中识别出突出的噪声源。确定性噪声包括来自不同电路块的电磁干扰，它们以传导噪声的形式到达输出。
瞬态SPICE仿真显示了DUT如何响应衰减的低噪声信号和t = 0时的瞬态响应。
然后，可以使用电路仿真包将这两个噪声源与所需的波形和噪声图测量进行比较。电路仿真和分析的最佳工具将内置到原理图编辑器中，以便您可以快速识别可能的设计更改。
电路仿真和设计工具
一旦进行了噪声测量并确定了系统输出处的潜在噪声源，就该修改电路原理图以消除噪声源了。噪声永远不可能完全消除，但可以通过几种方法来降低噪声。决定哪种方法适合于降低系统中的噪声，需要考虑随机噪声的各种来源，并分别处理它们。
使用带有内置SPICE模拟器的原理图编辑器，您可以快速检查系统在时域和频域中的行为。
随机噪声的频域与时域模拟
一旦修改了原理图，就可以执行一些模拟，以检查不同频率的噪声如何出现在DUT的输出上。查看频域中的输出信号，可以获得检查衰减和放大所需的数据。对于线性DUT，可以构造传递函数，它将告诉您当不同的噪声成分通过线性DUT时，它们是如何衰减或放大的。频率扫描是用于检查窄带和宽带噪声如何通过DUT传播并出现在输出端的主要工具。
由于随机噪声是在时域产生的，你可以用傅里叶变换来检查它是如何在频域产生噪声的。一旦噪声波形的傅里叶频谱乘以传递函数，你现在就有了一个测量系统的噪声下限．该噪声底加上所需信号的傅里叶频谱给出了显示DUT输出的新频谱，从中可以确定输出信噪比值。如果你愿意，这个输出噪声信号可以用傅里叶反变换转换回时域。
模拟确定性噪声
虽然不能在SPICE封装中直接模拟发射的辐射，但可以模拟在不同电路块中接收的信号如何在DUT的输出端产生噪声。在模拟过程中，您可以在频域中将理想信号与噪声信号进行比较，这也可以让您提取SNR值。然后，您可以将其与噪声图测量值进行比较，以确定哪些类型的噪声可能在输出上产生过多的噪声。在电路模拟中，使用类似的策略来检查EMI和EMC。
简单的设计变化电磁干扰滤波电路在输入或输出可能有助于减少过多的确定性噪声在特定频率。使用具有不同阻抗值的元件可以降低系统中的热噪声。系统中的其他物理过程不能在SPICE包中直接模拟，需要从测量中进行分析。例子包括1/f噪声、布朗噪声和射击噪声。一旦通过测量和模拟确定了噪声的来源，就可以使用Cadence的设计工具根据需要修改系统。
全套的PCB设计与分析特性和前端设计功能来自Cadence为您提供模拟电路噪声所需的工具，并根据需要修改您的设计。建模和绘图的特点PSpice软件模拟器让您分析在模拟过程中收集的信号，并直接从测量数据为组件生成模型。然后你可以使用Allegro PCB Designer为系统创建PCB布局，并在结束前执行布局后模拟。
如果您想了解更多Cadence如何为您提供解决方案，跟我们和我们的专家团队谈谈吧．