在第四部分中，我們采用了TINA SPICE 來分析運算放大器(op amp) 中的噪聲。同時，TINA SPICE 分析所采用的示范電路也可用于第三部分的工藝分析 (hand analysis) 范例中，而且使用工藝分析和 TINA SPICE 所得出的結果非常接近。在第五部分中，我們將著重介紹用于噪聲測量的幾款不同型號的設備，并探討設備的技術規范以及與噪聲測量有關的運行模式。雖然探討的是具體的設備型號，但是相關的原理適用于大多數的設備。在第六部分中，我們將向您展示實際的應用范例——如何運用相關設備來測量第三部分和第四部分中所闡述的電路。噪聲測量設備：真正的 RMS DVM噪聲測量試驗設備有三種：分別為真有效值 (RMS) 表、示波器以及光譜分析儀。真有效值表可以測量各種不同波形的 AC 信號 RMS電壓。通常情況下，很多儀表通過檢測峰值電壓，然后將峰值電壓乘以 0.707，計算出 RMS 值。然而，采用這種有效值計算方法的儀表并不是真正的 RMS 表，因為這種儀表在測量時，通常假定波形為正弦波。另一方面，一款真正的 RMS 表可以測量諸如噪聲等非正弦波形。許多高精度的數字萬用表(DMM) 都具有真正的 RMS 功能。通常而言，數字萬用表通過將輸入電壓數字化、采集數以千計的樣本并對 RMS 值進行數學計算，來實現上述功能。一款 DMM 在完成該測量時通常要具備兩種設置：“AC 設置”以及“AC+DC 設置”。在“AC”設置模式下，DMM 輸入電壓為連接到數字轉換器的 AC 電壓。因此，此時 DC 組件處于隔離狀態——這是進行寬帶噪聲測量理想的運行模式，因為，從數學層面上來說，測量結果等同于噪聲的標準偏差。在“AC+DC”設置模式下，輸入信號直接被數字化，同時完成了對 RMS 值的計算。這種運行模式不能用于寬帶噪聲測量。如欲了解典型的高精度真正 RMS 表的結構圖，敬請參閱圖 5.1。圖 5.1：典型的高精度真正 RMS DVM 的示例當使用真正的 RMS DVM 測量噪聲時，您必須考慮其技術規范和不同的運行模式。部分 DMM 具有專門針對寬帶噪聲測量優化的特殊運行模式。在這種模式下，DMM 就成為一款真正的 RMS，運行模式為 AC 耦合模式，其能夠測量從 20 Hz 至 10 MHz 的帶寬噪聲。對于一款高精度 DMM 來說，20uV 是固有噪聲的典型值。如欲了解這些技術規范的一覽表，敬請參閱圖 5.2。請注意，只要將 DMM 輸入端進行短路，就能測出固有噪聲。圖 5.2：典型的高精度儀表規范一覽表噪聲測量的設備：示波器采用真正的 RMS 儀表測量噪聲的一個不足之處在于：這種儀表不能識別噪聲的性質。例如，真正的 RMS 儀表不能識別特定頻率時噪聲拾波 (noise pickup) 和寬帶噪聲之間的區別。然而，示波器能使您觀察到時域噪聲波形。值得注意的是，大多數不同類型噪聲的波形差異性很大，因此，利用示波器能夠確定何種噪聲影響最大。數字和模擬示波器均可用于噪聲測量。由于噪聲在性質方面的隨意性，因此噪聲信號不能觸發模擬示波器，只有重復性波形才能觸發模擬示波器。然而，當存在噪聲源輸入時，模擬示波器上則顯示出獨特的影像。圖 5.3 顯示了采用模擬示波器進行寬帶測量得出的結果。值得注意的是，由于顯示的熒光特性以及噪聲對模擬示波器的非觸發性，模擬示波器常常生成一般和“拖尾”波形。大多數標準模擬示波器的缺點就是，它們不能檢測到低頻噪聲（1/f 噪聲）。圖 5.3：模擬示波器上的白噪聲數字示波器具有諸多有助于測量噪聲的實用的特性，其能檢測到低頻噪聲波形（如 1/f 噪聲）。同時，數字示波器還可以對 RMS 進行數學計算。圖 5.4 所示的噪聲源與圖 5.3 中的噪聲源相同的，這種噪聲源采用數字示波器才能檢測出。圖5.4：數字示波器上的白噪聲當使用示波器測量噪聲時，應遵循一些通用指南。首先，在測量噪聲信號前，有一項重要的工作就是檢查示波器的固有噪聲。這項檢查工作可以通過連接示波器輸入端的 BNC 短路電容器 (shorting cap)，或將示波器引線與接地短路連接（如果采用了 1x 探針）。這種考慮之所以這么重要，是因為采用 1x 探針時的測量范圍會小 10 倍。大多數質量上乘的示波器都擁有 1mV/division 量程，并配有 1x 示波器探針或 BNC 直接連接；同時，還具有帶 10x 探針的 10mV/division 固有噪聲。需要注意的是，與 1x 示波器探針相比，我們應優先考慮 BNC 直接連接，因為接地的連接方式能夠減小 RFI / EMI 干擾（請參閱圖 5.5）。其中一種避免這種情況的方法就是，拆除示波器探針的接地引線和上端引線 (top cover)，同時在探針的側面進行接地（請參閱圖 5.6）。圖 5.7 顯示了一個 BNC 短路電容。圖 5.5：接地能夠減小 RFI / EMI 干擾圖 5.6：拆除接地的示波器探針圖 5.7：BNC 短路電容大多數示波器都具有帶寬限制功能。為了準確測量噪聲，示波器的帶寬必須比所測量電路中的噪聲帶寬高。但是，為了獲得最佳的測量結果，示波器的帶寬應調整為大于噪聲帶寬的某一數值。例如，假設示波器全帶寬為 400 MHz，當開啟限制功能時，帶寬則為 20 MHz。如果使用 100 kHz 的噪聲帶寬測量電路中的噪聲，此時開啟帶寬限制功能，才有實際意義。就這個示例而言，由于超過帶寬的 RFI/EMI 干擾將被消除，因此固有噪聲較低。圖 5.8和圖 5.9 顯示了具有和不具有帶寬限制功能的典型數字示波器的固有噪聲。圖 5.10 顯示了采用 10x 探針示波器的固有噪聲相當高。

關鍵詞： 噪聲測量運算放大