北京大学：《集成电路原理与设计 Principle of Integrated Circuits》课程电子教案（模拟集成电路原理与设计）第七章 噪声

噪声的分类 口“环境”噪声和器件噪声 ☆“环境”噪声指来自电源线、地线、衬底等 “外环境”的噪声(干扰) ☆器件噪声指构成AIC的器件本身所产生的噪 声,如电阻、MOS管等 口器件噪声 热噪声 ■电阻噪声、MOS管的沟道热噪声 闪烁噪声 MOS管 北京大学微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理与设计

北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计 16 噪声的分类  “环境”噪声和器件噪声 “环境”噪声指来自电源线、地线、衬底等 “外环境”的噪声（干扰） 器件噪声指构成AIC的器件本身所产生的噪 声，如电阻、MOS管等 器件噪声 热噪声  电阻噪声、MOS管的沟道热噪声 闪烁噪声  MOS 管

热噪声 口来源 心导体中载流子的随机运动,引起导体两端电压波动 随机运动程度与绝对温度有关,因此噪声谱与绝对 温度成正比 极性不重要,但在分析电路过程中要保持不变 口电阻的热噪声 噪声谱密度: 4kTR S√(f)=4kTR Noiseless 教材上默认 Resistor △f1H 4kT Vn2=4TR(△f)ln R Noiseless之R siSto R=50T=300K→V=0.91nI/√Hz 北京大学微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理与设计

北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计 17 热噪声 来源 导体中载流子的随机运动，引起导体两端电压波动 随机运动程度与绝对温度有关，因此噪声谱与绝对 温度成正比 电阻的热噪声 R T K V nV Hz f R kT V kTR f I n n n 50, 300 0.91 / ( ) 4 4 ( ); 2 2         噪声谱密度： S V(f)=4kTR 教材上默认 f=1Hz 极性不重要，但在分析电路过程中要保持不变

电容和电感的噪声 口电阻存在热噪声 口理想电容和电感没有噪声 令 P Gray书P760 令实际的C和L有寄生电阻,寄生电阻引入热 噪声 北京大学微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理与设计

北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计 18 电容和电感的噪声 电阻存在热噪声 理想电容和电感没有噪声 P.Gray 书P760 实际的 C 和 L有寄生电阻，寄生电阻引入热 噪声

RC电路的输出噪声 口计算RC电路的输出噪声谱和总噪声功率 R "1 开关电容电路 out Gyo|的采样噪声 sRC+1 Sou (f)=sr() ou(jo)=4kTR R 42RC2f2+1 sn()4 R Sout (f)4 4kTR 4kTR c Vn 4kTR nout ↓4CF+=如F电容时为 C与R无关,只能增大C来减小噪声 北京大学微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理与设计

北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计 19 RC电路的输出噪声 计算RC电路的输出噪声谱和总噪声功率 1 1 ( )   sRC s V V R out 4 1 1 ( ) ( ) ( ) 4 2 2 2 2 2    R C f j kTR V V S f S f R out out R   C kT df R C f kTR Pn out      0 , 2 2 2 2 4 1 4  1pF电容时为64.3  V 与 R无关，只能增大 C来减小噪声 开关电容电路 的采样噪声

用电流源来表示热噪声 口噪声可以用串连电压源来表示,也可以用并联电流源 表示 s(n)4 4kTR Noiseless R边 Noiseless Resistor Resistor 4kT 口多种表示的意义 4kTR(Af) (4f) R ◆选择合适的表示法,会降低电路分析的复杂度 ◇完整表征噪声需要这两种表示法—见“输入参考噪声”部 R R 2 tot 车R2 n tot 北京大学微电子学系一陈中建一模拟集成电路原理与设计

北京大学微电子学系－陈中建－模拟集成电路原理与设计 20 用电流源来表示热噪声  噪声可以用串连电压源来表示，也可以用并联电流源 表示  多种表示的意义  选择合适的表示法，会降低电路分析的复杂度  完整表征噪声需要这两种表示法——见“输入参考噪声”部 分 ( ) 4 4 ( ); 2 2 f R kT V kTR f I n   n  