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在第 5 部分我們介紹了不同類型的噪聲測量設備。我們將在第 6 部分討論與噪聲測量相關的參數和操作模式。在這里我們將列舉一些實際應用的例子，來說明如何使用該設備對第 3 部分及第 4 部分所描述的電路進行測量。 屏蔽： 測量固有噪聲時，消除外來噪聲源是很重要的。常見的外來噪聲源有：電源線路“拾取”（“拾取”是指引入外來噪聲，比如 60Hz 噪聲）、監視器噪聲、開關電源噪聲以及無線通信噪聲。通常利用屏蔽外殼將所測電路放置于其中。屏蔽外殼通常由銅、鐵或鋁制成，而重要的是屏蔽外殼應與系統接地相連。 一般來說，電源線纜和信號線纜是通過外殼上的小孔連接到屏蔽外殼內電路的。這些小孔盡可能地小，數量也要盡可能地少，這一點非常重要。實際上，解決好接縫、接合點以及小孔的（電磁）泄露，就可以實現較好的屏蔽效果。 圖 6.1 舉例顯示了一種極易構建且非常有效的屏蔽外殼，該屏蔽外殼是采用鋼漆罐制成的（這些材料可從絕大多數五金商店買到，而且價格也不高）。漆罐有緊密的接縫，并且罐蓋的設計可以使我們方便地接觸到所測電路。請注意，I/O 信號是采用屏蔽式同軸線纜進行連接的，該同軸線纜采用 BNC 插孔-插孔式連接器將其連接到所測試的電路；BNC 插孔-插孔式連接器殼體與漆罐進行電氣連接。外殼唯一的泄露路徑是將電源連接到所測電路的三個香蕉插頭 (banana connector)。為了實現最佳的屏蔽效果，應確保漆罐密封緊固。 圖 6.2 為測試用漆罐裝配示意圖 圖 6.1：使用鋼漆罐進行測試 圖 6.2：測試用漆罐裝配示意圖 檢測噪聲底限 一個常見的噪聲測量目標是測量低噪聲系統或組件的輸出噪聲。通常的情況是，電路輸出噪聲太小，以至于絕大多數的標準測試設備都無法對其進行測量。通常，會在所測試電路與測試設備之間放一個低噪聲升壓放大器 (boost amplifier)（見圖 6.3）。采用該種配置的關鍵是升壓放大器的噪聲底限要低于所測電路的輸出噪聲，從而使得所測電路噪聲能在測量中反映出來。經驗規則顯示，升壓放大器的噪聲底限應比所測電路輸出端的噪聲小三倍。在下文中將給出該規則的理論解釋。在進行噪聲測量時，對噪聲底限進行檢測是特別重要的一個步驟。通常情況下，噪聲底限是通過將增益模塊或測量儀器的輸入短路而測得的。第 5 部分詳細闡述了不同類型設備的噪聲底限測量。若不能檢測出噪聲底限，通常會導致錯誤的結果。 圖 6.3：常用的測量技術 圖 6.4：測量噪聲底限 噪聲底限說明 為獲得最佳測量結果，測量系統的噪聲底限相對于所測的噪聲水平而言，應是可以忽略不計的。一個常用的經驗規則是確保噪聲底限至少比所測的噪聲信號小三倍。圖 6.5 顯示了如何對所測電路的噪聲輸出和噪聲底限進行矢量增加操作 (add as vector)。圖 6.6顯示了假設所測噪聲比噪聲底限大三倍的誤差分析。使用該經驗規則所得出的最大誤差是 6%。若噪聲底限比所測噪聲小 10 倍，并進行同樣的計算，則誤差將為 0.5%。 圖 6.5：噪聲向量加 圖 6.6：噪聲底限誤差（單位：百分比） 使用真有效值 (RMS) 表對OPA627 示例電路進行測量 回憶一下在第 3 部分和第 4 部分我們分析了一款使用 OPA627 的非反相運算放大器電路。現在我們將闡述如何使用一個真有效值 (RMS) 表對該噪聲進行測量。圖 6.7 闡明了 OPA627 的測試配置。請注意，此測試配置的所測結果與第 3 部分和第 4 部分計算及模擬數值基本吻合（計算結果為 325uV，測量結果為 346uV）。圖 6.8 說明了噪聲測量的詳細步驟。 圖 6.7：使用一個真有效值 (RMS) 表對 OPA627 電路噪聲進行測量 1.檢驗測量設備（例如，真正的 RMS 數字電壓表）的噪聲底限，通常此項工作是通過短接設備輸入完成的。 2.檢查參數，以確保測量設備有合適的帶寬和讀數精度。檢查設備說明書，看是否有可對讀數進行優化的特殊操作模式。 3.將測試電路放置于屏蔽外殼內。該外殼應連接到信號接地，并確保最小化外殼上切割的任何孔洞。 4.在條件允許的情況下使用電池電源以最小化噪聲。線性電源也屬于低噪聲電源。開關電源通常噪聲很大，并可能是應用中主要的噪聲來源。 5.使用屏蔽線纜將所測電路連接到測量設備。 6.確保電路正常工作。在我們的例子中，OPA627 的典型失調電壓為 40uV，電路增益為 100，因此您將看到 4mV 的直流輸出電壓。當然，由于設備的不同，這一數值也會變化，但是您不會看到若干伏特的輸出。 7.使用不同的儀表對噪聲進行測量，并比較結果。使用示波器和真正的 RMS 數字電壓表是一個很好的方法，因為您可以在示波器上看到波形。示波器上的波形將告訴您是否存在白噪聲、1/f 噪聲、60Hz 噪聲“拾取”，或振蕩。示波器也會讓您對峰至峰噪聲水平有粗略概念。另一方面，真正的 RMS 數字電壓表并不給出噪聲類型信息，但是會給出準確的 RMS 噪聲數值。頻譜分析儀在噪聲分析中也是一個很好的工具，因為它可以以離散頻率形式顯示所有的問題（例如，噪聲拾取、或噪聲峰化）。 8.在條件允許的情況下將測量結果與計算和模擬結果進行比較。通常計算結果和測量結果會有很好的一致性。 圖 6.8：測量噪聲步驟使用示波器測量 OPA627 示例電路 圖 6.9 顯示了如何使用一個示波器對第 3 部分和第 4 部分的電路進行測量。使用時，觀察示波器上的噪聲波形并估計峰至峰數值。假設噪聲是呈高斯分布（也稱正態分布）的，則您可以將其除以 6，以獲得 RMS 噪聲的近似值（關于詳細情況見第 1 部分）。所測的示波器近似輸出為 2.4mVp-p，因此 RMS 噪聲為 2.4mVp-p/6=400uV rms。這與第 3 部分和第 4 部分的計算和模擬數值相比，有很好的一致性。（計算值為 325uV，測量值為 400uV）。 圖 6.9：用示波器測量 OPA627 電路噪聲 |
