系統噪聲

系統噪聲通常是指 我們的音頻/視頻系統不斷受到的大量輻射信號的轟炸。無線電頻率干擾（RFI）非常普遍，任何系統都會受到影響。 電磁干擾（EMI）也會引起系統噪聲。在音頻系統中，這些場通常由變壓器引起，並且可以表現為嗡嗡聲或低頻噪聲。

基本介紹

• 中文名：系統噪聲
• 外文名：system noise
• 詞性：專有名詞
• 所屬學科：天文學

中英文譯音

中文譯名系統噪聲

英文原名/注釋system noise

系統噪聲的來源和分析

系統噪聲來源

近年來，紅外技術與系統在工業、醫學和科學研究等許多領域得到了廣泛的套用和發展。紅外探測器是紅外系統的關鍵技術和核心器件。紅外焦平面陣列(IRFPA)探測器的發展極大地提高了紅外系統的性能。隨著紅外面陣規模越來越大，必須發展高速、多路、低噪聲的信息獲取電路以滿足其需求。與紅外探測器信息獲取系統同，紅外探測器測試系統需要更高的噪聲水平要求。目前，國內外商用紅外探測器信息獲取電路動態範圍在80 dB 左右，國外航天用紅外探測器信息獲取電路在90 dB 以上。低噪聲的系統設計決定了數據後續處理的計算精度，具有至關重要的意義。基於以上考慮，本文分析紅外探測器測試系統噪聲的來源，以及各個部分噪聲特性進行分析，並給出相應的抑制方法。

系統噪聲分析

完整的測試系統要對器件提供光源激勵，同時由控制模組對器件提供驅動，偏壓，使其正常工作，並對電信號進行採集和存儲，最後將數據計算分析，並對器件的性能進行評價。對於噪聲來說，測試系統的噪聲主要產生於電子模組，下面針對電子模組噪聲進行詳細分析與抑制方法研究。

在信息轉化的每一個環節中都會相應的引入額外的噪聲。研究探測器的噪聲對紅外探測器來說有著重要意義，但對於測試系統來說，探測器組件作為輸入對象，在整個系統中作為一個整體組件進行分析。目前探測器組件RMS噪聲在200 左右。

1)線纜噪聲分析

線纜用於連線探測器組件和信息獲取電路。線纜不僅是系統中最長的部分，而且它還類似於一個拾取和輻射噪聲的高效天線，是噪聲傳導的良好通道，因此線纜是系統中最薄弱的部分。

2)調理電路噪聲

調理電路主要將探測器輸出信號調理成與ADC器件輸入範圍相匹配，以達到動態範圍相匹配的作用.儀器儀表放大電路具有高共模抑制比，高輸入阻抗，低噪聲，低線性誤差，低失調電壓和失調電壓漂移，低輸入偏置電流和失調電流誤差，頻寬充裕等特徵。適合光電成像系統，能夠較好地完成圖像信息的獲取工作。

電阻和運放噪聲是調理電路噪聲來源主要部分，在該電路中電阻和運放本身均是非理想器件，電阻在電流流過時不可避免產生熱噪聲，運放則主要包括n端和p端的等效輸入電流噪聲及兩端之間的等效電壓輸入噪聲。

3)電源及偏壓噪聲

電源輸出模組，如LDO和DC/DC等，在輸出電壓時，都會有一定的輸出紋波，在器件的Datasheet中有明確的規格參數，對這一類噪聲，一旦IC供電晶片確定了，這部分噪聲也就確定了，但是如果負載瞬態電流的變化速率要求高些，供電IC就無法對負載的需求做出實時的回響，這樣就會出現電壓的跌落，從而引入噪聲，對於高於供電IC實時回響的瞬態負載電流，就需要增加額外的去禍電容滿足這一需求。我們採用不同容值不同材質的電容組合可以有效去除。

4) ADC噪聲

模擬數字轉化(ADC)模組主要完成模擬圖像信號的模擬數字轉化工作，對於ADC由於有效量化位數的限制，存在著不可避免的量化噪聲，量化噪聲主要受到信號統計特徵和量化位數的限制。量化噪聲是目前信息獲取系統中一個必然存在的量，隨著量化位寬的增加呈指數下降的趨勢。對於ADC器件除了存在量化噪聲這一物理量之外還存在半導體器件共同具有的1/f 噪聲，熱噪聲等，只是這些噪聲在器件設計之初已經被很好的限制，相對於量化噪聲可以忽略不計，因此在實際分析中只需要重點關注量化噪聲。

具體噪聲抑制方法

一個噪聲問題的產生必須具備三個要素：首先，必須要有噪聲源；其次，必須有對噪聲敏感的接受器;第三，必須有一個將噪聲從源頭傳送到接收器的藕合路徑。

通常，有三種方法可以切斷噪聲的禍合路徑：

1)在噪聲源頭對噪聲進行抑制；

2)降低敏感電路對噪聲的敏感程度；

3)減小通過禍合路徑傳輸的噪聲大小。

在某些情況下，噪聲抑制技術必須使用切斷噪聲路徑方法中的兩個或所有三個方面。

線纜噪聲抑制

採用禁止線能從噪聲禍合路徑有效抑制噪聲進入系統。而接口電路是解決線纜輻射問題的重要手段，減小線纜上共模高頻電流我們需要合理設計線纜連線埠處的接口電路，通過線上纜接口處使用低通濾波器或抑制電路，濾除線纜上的高頻共模電流。連線器的主要作用是給線纜和接口電路提供一個良好的互連，並保證良好的接地，連線器要考慮阻抗匹配、ESD等因素。

在低頻時，禁止線纜拾取噪聲電壓與裸線相同，當頻率大於禁止層截止頻率時，禁止線拾取電壓不再加。

為了保證低噪的系統輸入，我們使用板內低噪參考源ref ( RMS噪聲22微伏)，使用50 Hz電扇模擬噪聲源，對比使用sff禁止線纜和裸線時系統的噪聲情況。

噪聲會通過線纜進入系統，影響系統噪聲性能。禁止線從禍合路徑處抑制噪聲進入系統，能很好起到降噪效果，在不加噪聲的情況下提高5 dB，在有噪聲的情況下提高45 dB 。

ADC噪聲抑制

如果放大器噪聲過大，ADC將會原封不動地將放大器電路的噪聲轉換為數字輸出。另一方面，ADC的噪聲很有可能比放大器電路的噪聲還要大。以下就從前級電路噪聲和ADC性能分析比，用信噪比(SNR)衡量前級電路噪聲與ADC是匹配。

採用14 bit ADC，前級電路噪聲和ADC本身對系統影響都比較大;採用16 bit和18 bit ADC前級電路噪聲對系統影響較大。現代高性能ADC利用差分輸入來抑制共模噪聲及干擾，且將動態範圍提高1倍，並通過平衡信號提高總體性能。

基於以上分析，不考慮探測器噪聲情況下，前級電路噪聲越低越好。