1Hz~100kHz范围内平滑的白噪声源

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白噪声对测试多种不同类型的电路来说大有裨益。当结合FFT分析仪使用时，平滑的噪声源有助于快速、简便地生成电路增益布局图。如果某电路中的噪声为平滑噪声且噪声量已知，则其输出电路的增益就很容易确定，甚至可以目测出来。这种方法早在1978年就已经被用于HP3582A低频频谱分析仪(参考文献1)。
         
        一个可以生成白噪声的“现代化”方式就是使用CPLD或FPGA中的数字移位/反馈寄存器装置。有些人甚至还创造出了一种用于生成高斯白噪声的平行排列微控制器。
       
        下面的实现方式均为模拟，如需要，带有通孔的某些部件也可以使用，使原型的安装更容易些。
       
        众所周知，齐纳二极管是一个很好的宽带噪声源。如往常一样，其诀窍在于找到一个在所需频率范围内比较平滑的二极管。Jim Williams在其5MHz宽带噪声发生器中使用了一个6.8V的普通齐纳二极管。通过反向偏置NPN晶体管的基极-发射极结点并将其用作噪声二极管也较常见。本设计实例旨在生成1Hz~100kHz频率范围内比较平滑的大量噪声，以进行FFT测试。
       
        使用6.8V的齐纳二极管的确会产生宽带噪声，但在低频率中存在大量的1/f噪声且不平滑，无法传至DC。因此在此设计中，使用了可靠的12V齐纳二极管作为噪声源，这些二极管在频率范围内比较平滑，可产生大量的固有噪声，且在9V电池的放电寿命下运作良好(参考文献2)。
       
        当所使用的二极管偏置至18V时，它会通过1MΩ电阻产生约20mVRMS的固有噪声。这一缩放是偶然的，因为峰峰值约为该值的5倍—100mV。
       
        为了对DC偏移误差进行不断检测，使用老式的LF412双路JFET输入运算放大器来放大两个x10步骤中的二极管噪声。
       
       
        图1给出了所建立的电路。齐纳二极管的偏置通过1MΩ的电阻从串联的两个9V电池(18V)中发生。LF412在两个9V电池间进行单块供电运行。在低输入电流和低偏移电压下，可以不使用笨重的输出耦合电容器，因为输出的DC值在地面的毫伏范围内。虽然LF412不是低噪声运算放大器，但其噪声电平仍远低于二极管的固有噪声电平，因而不用担心这一点。
       
        在两个x10步骤中，U1A和U1B大约可将齐纳噪声放大至1V和10V峰峰值。对测试中的电路而言，如果该噪声太大，可使用1kΩ的R8和R9来制成一个分压器，从而将噪声电平降至所需值。
       
       
        图2给出的是电路中产生的噪声，该噪声在1Hz~100kHz频率范围间保持平滑状态。较高的100kHz频率衰减在x100输出中小于0.5dB，如需要，可将频率相关增益增加至U1B。但对于此次试验而言，没有这个必要。为进行比较，图2还给出了在最小电容下运行的LM317稳压器的噪声布局图，尽管该装置通常被认为是“非常吵的稳压器”，但是与12V的齐纳二极管和一些增益相比，它就不值得一提了。
       
        由于使用了稳定的低功率FET放大器和陶瓷耦合电容器，由离散气流的温度梯度引起的1/f噪声被抑制在最低限度。然而为了达到最大的稳定性，该设计实例应在某个封闭场合中进行，并远离循环气流。
       
        电路消耗仅为4mA，当电池用至7V时，普通9V碱性电池的寿命预计大于100小时。而设计电路的噪声变化约为电池寿命的15％，如需要，可使用一个更为复杂和稳定的偏置装置来改善这一点。