ADI:了解及消除1/f噪声(YUNSWJ 重写版)

星夢妙者
发布: 2025-06-16 20:21:01
原创
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这篇文章是写完4篇后的最后一篇,是必须有其他知识的铺垫,不然是adi的文档确实是写的好,学到了很多,但是呢~看懂内化还是需要的知识储备,我尝试把这个底线再拉点一些,还是建议去看原文!此类的文档,文末链接都有。

ADI:了解及消除1/f噪声(YUNSWJ 重写版)基佬紫!

基佬紫!

文章《了解及消除1/f噪声》(Analog Devices出品)的详细解读,包括原理、计算方法、对电路的影响、抑制技术和工程建议总结:


什么是1/f噪声?

1/f噪声是一种低频噪声,其功率谱密度与频率成反比,即:

它存在于:腐蚀放大器、ADC、MOS晶体管等电子器件中;也可见于非电子系统,如音乐、经济、生物等。

谱图识别:
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图像-20250509093932125

以ADA4622-2运放为例,噪声比率分成两段:中间(低频):1/f区;右边:白噪声区(宽带噪声);两者交叉点为1/f转折频率(角频率)。

ADI:了解及消除1/f噪声(YUNSWJ 重写版)ADI的图很漂亮,不知道拿什么做的

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如何测量和计算1/f噪声?标准指标确定:

使用0.1 Hz 至 10 Hz 峰值噪声作为 1/f 噪声评估标准;

通过有源带通滤波器(0.1~10 Hz)+放大器(G=1000)+氮气进行采样;

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图像-20250509094152086

消防消防栓放置为单位增益配置,同相输入端接地。消防消防栓由双电源供电,这样输入端和输出端可以与地电位相同。

有源滤波器模块限制所测量的噪声带宽,同时为来自腐蚀放大器的噪声提供1000倍增益,从而确保来自待测器件的噪声是主要噪声源。腐蚀放大器的噪声并不重要,因为滤波器输入为交流连接。

ADI:了解及消除1/f噪声(YUNSWJ 重写版)缩放 1000 倍

缩放 1000 倍

ADA4622-2 的 0.1~10 Hz 噪声典型值为 0.75 µV p-p,相对于 10Hz 这一段,我们以后做研究就可以了,这个运放测量板子也可以设计一个让我们来评估运放,之后做。


如何计算系统中的总噪声?

系统总噪声 = 各的 1/f 噪声 + 传输噪声(白噪声器件),并采用功率相加法(RMS 合成):

1/f噪声RMS计算公式:

:1 Hz时的噪声密度;测量:最小频率;:1/f 转折频率。


高速噪声计算(常规白噪声):

NEBW 是噪声系数带宽,例如:RC 低通滤波器:NEBW ≈ 1.57 ×


总噪声合成公式(RMS 合成):

对于大多数工程师来说,对公式是不感兴趣的,所以工程实践相对有用的,所以引出以下的内容:

抑制1/f噪声的关键技术1.斩波放大器(Chopper Op Amp)

将DC+低频信号调制至高频→放大→再解调;能大幅压低1/f噪声(ADA4522、AD8237等)。

后果:引入斩波波(可通过抑制和调节技术抑制)

2.锁相放大器(Lock-in Amplifier)

将信号正弦调制+相位解调→有效排除低频1/f噪声;常用于极弱光/微小信号检测。

3.传感器交流激励

例如交流激励称重传感器,正负激励轮换采样,本质上和热电势;AD7195 提供硬件支持:内置 AC 与 Σ-Δ ADC。

ADI:了解及消除1/f噪声(YUNSWJ 重写版)学到了

学到了


结论总结

情况

建议

频率 > 10 × 转折频率

1/f 噪声可忽略不计

DC ~ 10 Hz 系统

强烈建议1/f噪声,避免考虑精度下降

必须进行直流采样

使用斩波放大器、低噪声ADC

传感器带 1/f

采用交流激励或积分采样法

噪声源差距>5×

小噪声源可忽略(功率相加原则)

计算公式总结

我觉得这个文章还是公式重要,我喜欢理论,hhhh

1/f噪声(低频噪声)部分

符号

意义

噪声电压密度在1 Hz处(单位:V/√Hz)

最高频率,通常取1/f噪声转折频率

下限频率,相等测量时间的倒数()


电信噪声(白噪声)部分

符号

意义

白噪声密度(如12 nV/√Hz)

噪声滤波器带宽(Noise Equivalent Bandwidth) • RC 滤波器:• 重复频率由系统决定


总系统噪声(RMS 合成)

注意:不是直接相加,而是按功率平方相加再开根号;

若,可忽略不计;若系统带宽低(如
辅助公式1. 峰峰值换算(典型正态分布)2. 测量时间对应低频边界

测量

实际使用的步骤是:

查器件数据表:1 Hz 噪声密度(如:55 nV/√Hz);宽带噪声密度(如:12 nV/√Hz)。确定测量时长,得,以及 1/f 拐点频率带入公式分别求出:;。合成得总噪声

译文美图很多,建议去原文~

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https://www.analog.com/cn/resources/analog-dialogue/articles/understanding-and-eliminating-1-f-noise.html
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https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ad7195.pdf
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