闪烁噪声（1/f噪声）的定义_公式_性质特点_产生原因

Op-amp（运算放大器）中有多种噪声源，但最神秘的噪声源应该是闪烁噪声，这是由于晶体管中的偏置电流导致传导通道内的不规则性和噪声引起的。这种噪声随频率反向增强，因此通常称为1/f噪声。

在更高的频率中闪烁噪声仍然会存在，不过，运算放大器中的其它噪声源开始控制，与1/f噪声效应相反。闪烁噪声会影响运算放大器等所有电子设备，但闪烁噪声源在低频数据采集系统中没有限制。

为了提供低失调漂移和低初始失调等最佳直流性能，零漂移放大器还具有消除闪烁噪声的额外优势，这对于低频应用非常关键。

什么是闪烁噪声？

闪烁噪声是几乎所有电子设备中都会出现的一种电子噪声，并且可能会带来各种其他影响，例如导电通道内的杂质、由于基极电流而在晶体管内产生和重组噪声。

闪烁噪声通常称为粉红噪声或1/f噪声，这种噪声主要发生在所有电子设备中，并且有不同的原因，尽管这些通常与直流电流有关。闪烁噪声在许多电子领域都很重要，尤其是在用作射频源的振荡器中也很重要。

闪烁噪声也称之为低频噪声，因为当频率增加时，这种噪声的功率谱密度会增加。这种噪声通常可以在低于几KHz的频率下观察到。闪烁噪声带宽范围从10MHz到10Hz。

闪烁噪声方程

几乎所有的电子元件都会出现闪烁噪声。因此，这种噪声与晶体管等半导体器件相关，尤其是MOSFET器件。这种噪声可以表示方程为：S(f) =K/f。

应用原理

闪烁噪声的工作原理是将整体噪声水平提高到所有电阻器中都存在的热噪声水平以上。这种噪声只存在于厚膜和碳成分电阻器中，在任何地方都被称为过量噪声，相比之下，线绕电阻器的闪烁噪声最少。

这种噪声可能是由两种材料界面之间随机捕获和释放的电荷载流子引起的。因此，这种现象通常发生在用于记录电信号的仪表放大器中的半导体器件中。

闪烁噪声与频率成反比。在RF振荡器等许多应用中，有许多是闪烁噪声占主导地位的区域，而散粒噪声和热噪声等来源的白噪声占主导地位的其它区域。通常情况下，这种低频闪烁噪声在设计合理的系统中占主导地位。

消除闪烁噪声

一般情况下，斩波或斩波稳定技术用于降低放大器的失调电压。但是，由于闪烁噪声接近于直流低频噪声，因此使用该技术也可以有效降低闪烁噪声。该技术的工作原理是在i/p阶段斩波或交替i/p信号，然后再次斩波o/p阶段的信号。所以这等于用方波调制。

在上面的ADA4522框图中，i/p信号可以简单地调制到CHOP_IN阶段的斩波频率。CHOP_OUT级的 i/p信号被同步解调回其初始频率，同时，放大器i/p级的闪烁噪声和偏移被简单地调制到斩波频率。

除了降低原始失调电压外，失调电压和共模电压的变化也降低了，这提供了非常好的直流线性度和高CMRR（共模抑制比）。斩波还降低了失调电压漂移和温度，由于这个原因，使用斩波的放大器通常被称为零漂移放大器。在这里，需要考虑的一个主要问题是，零漂移放大器仅消除了放大器的闪烁噪声。来自各种来源（如传感器）的任何闪烁噪声都将原封不动地通过。

用于斩波的权衡是它将开关伪像设置到输出中并增强输入偏置电流。在放大器输出端，纹波和毛刺在示波器上可见，噪声尖峰在频谱分析仪上可见。在模拟设备中，最新的零漂移放大器（如ADA4522零漂移放大器系列）利用获得专利的偏移和纹波校正环路来减少开关伪影。

此外，斩波也用于ADC和仪表放大器。斩波用于消除不同器件中的这种噪声，例如AD8237真正的轨到轨、AD7124-4低噪声和低功耗、零漂移仪表放大器、24位Σ-Δ ADC、32位Σ-Δ ADC , AD7177-2超低噪声等。

使用方波调制的一个主要缺点是这些波具有各种谐波。因此，每个谐波的噪声都将被解调为直流。取而代之的是，如果使用正弦波调制，那么它就更不容易受到噪声的影响，并且可以在大噪声中改善极小的信号，否则会产生干扰。所以这种方法是通过锁定放大器来使用的。

热噪声和闪烁噪声的区别

一般来说，热噪声和闪烁噪声之间还是区别的，其中几个比较重要的差异点如下所示：

什么是MOSFET中的闪烁噪声？

MOSFET具有高截止频率 (fc)，如GHz范围，而BJT和JFET具有较低的截止频率，如1kHz。通常情况下，与BJT相比，低频JFET表现出更多的噪声，并且它们可能具有高“fc”，如几kHz，并且不适合闪烁噪声。

优缺点

闪烁噪声的优点包括以下几方面内容：

• 它是一种低频噪声，因此，如果频率提高，则该噪声会降低。
• 它是半导体设备中与设备的制造过程和物理特性相关的固有噪声。
• 通常在电子元件内以低频观察到这些影响。

闪烁噪声缺点包括以下几方面内容：

• 在任何精密直流信号链中，这种噪声都会限制其性能。
• 在所有类型的电阻器中，总噪声水平可以增加到超过热噪声水平。
• 它与频率是相关的。

产生原因

闪烁噪声的产生来源主要包括以下几方面内容：

• 这种噪声存在于一些无源设备和所有有源电子元件中。
• 这种现象通常发生在主要用于在仪表放大器中记录电信号的半导体中。
• BJT中的这种噪声决定了器件的放大限制。
• 这种噪声发生在碳成分电阻器中。
• 通常情况下，这种噪声发生在有源器件中，因为电荷带有随机行为。

常见问题

为什么闪烁噪声被认为是粉红噪声？

答：粉红噪声也称为闪烁噪声，因为它的频谱功率密度每倍频程降低3dB。因此，粉红噪声频带功率也是与频率成反比。频率越高，功率越低。

如何消除闪烁噪声？

答：这种噪声可以通过斩波稳定技术有效降低，其中放大器的失调电压会降低。

如何测量闪烁噪声？

答：电流或电压的闪烁噪声测量可以与其他类型的噪声测量类似地进行。采样频谱分析仪对噪声进行有限时间采样，通过FFT算法计算傅里叶变换。这些仪器不能在低频下工作以完全测量这种噪声。因此，采样仪器是宽带的并且具有高噪声。这些可以通过使用多个样本轨迹并对它们进行平均来降低噪声。传统类型的频谱分析仪仪器由于其窄带采集仍具有出色的SNR。

总结

闪烁噪声的特点是，当频率降低时，这种噪声会增加，这种噪声与电子设备中的直流电流有关，并且它在每个倍频程中包含相同的功率内容。

闪烁噪声是一种随机的、不连续的信号，它具有高度的能量集中在某些特定的频率上。闪烁噪声通常由多个独立的、幅度不同的正弦波叠加而成，其中每个正弦波都有自己的频率、相位和幅度。闪烁噪声也可以由多个独立的、相位不同的方波叠加而成，其中每个方波都有自己的频率和幅度。闪烁噪声通常用于测量信号处理中信号性能评估（如信道容量）、数字图像处理中图像去噪以及无线通信中对信道进行分析。