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芯片设计中的噪声分析与低噪声设计技术.docx
资料介绍
噪声是限制模拟电路灵敏度和精度的根本因素，低噪声设计是模拟集成电路设计中的核心技术之一。从热噪声到闪烁噪声，从散粒噪声到爆裂噪声，不同类型的噪声在电路中的表现和影响各不相同。理解噪声的来源、特性和分析方法，掌握低噪声设计技术，是设计高性能模拟电路的必要前提。本文将从噪声类型、噪声模型、噪声分析、低噪声设计、噪声匹配以及噪声测量等方面，系统阐述噪声分析与低噪声设计技术。
噪声类型
集成电路中的噪声主要分为热噪声、闪烁噪声、散粒噪声和爆裂噪声。
1. 热噪声：热噪声（Johnson-Nyquist噪声）由电阻中载流子的随机热运动引起，在电阻R中产生的电压噪声谱密度
，电流噪声谱密度，其中k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度。热噪声是白噪声，在所有频率下功率谱密度相同。在MOSFET中，沟道热噪声，其中为噪声系数因子（约2/3~2）。
2. 闪烁噪声：闪烁噪声（1/f噪声）在低频段占主导，功率谱密度与频率成反比。MOSFET的闪烁噪声电压谱密度，其中为工艺相关常数。PMOS的闪烁噪声通常低于NMOS，因为PMOS的载流子（空穴）远离Si-SiO₂界面。闪烁噪声的拐角频率（1/f噪声与热噪声相等的频率）在MOSFET中为1~100 kHz。
3. 散粒噪声：散粒噪声（Shot Noise）由PN结电流的随机离散性引起，在PN结电流I中产生的电流噪声谱密度。散粒噪声在BJT的基极和集电极电流中占主导，在MOSFET的栅极漏电流中也可忽略。
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