芯片内部常见噪声类型

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1 噪声分类

• 散弹噪声(shot noise,白噪声,在频谱中表现为平坦的）                                          
• 热噪声(thermal noise,白噪声,在频谱中表现为平坦的)
• 闪烁噪声(flicker noise,1/f 噪声)
• 突发噪声(burst noise,脉冲噪声)
• 雪崩噪声(Avalanche noise,反向击穿时才出现的噪声)

 1.1 散弹噪声

        肖特基噪声的简称，有时也叫量子噪声。是由导体内部带电粒子运动的随机起伏产生的。换句话说，电流的流动不是一个连续的效应。

        导体内部的每个电子都是随机地越过势垒（比如越过半导体中的pn结）。当每个电子越过势垒而把存储的能量释放出来的时候，就会发出很小的劈啪声。放大了的散弹噪声就像铅弹击中混泥土墙时的声响。

 散弹噪声特性：

• 总是与电流的流动相关。当电流停止流动时，散弹噪声即消失；
• 与温度无关
• 谱是平坦的，即也是白噪声
• 存在于任何导体中，不只是在半导体中。导体中散弹噪声幅度一般非常小，而半导体中的散弹噪声则要显著的多。散弹噪声的均方根电流为：

        q为电子电荷（1.6 * 12-19库仑）；IDC为平均正向DC电流，以安培为单位；IO为反向饱和电流，以安培为单位；B为带宽，以赫兹为单位。

        散弹噪声的均方根电压为：

        q为电子电荷（1.6 * 12-19库仑）；IDC为平均正向DC电流，以安培为单位；；B为带宽，以赫兹为单位，k为玻尔兹曼常量（1.38 * 10-23J/K）。T为绝对温度

        可以看出来，散弹噪声电压是与DC电流成反比的。随着平均DC电流的减小而增加。

1.2 热噪声

        热噪声有时也叫约翰逊噪声，因为这是约翰逊发现的。热噪声是由导体电子的热运动扰动产生的。简单说，当一个导体被加热时，就产生热噪声。这种热运动扰乱了电子在电场作用下的运动，使电子的运动增加了一个随机成分。热噪声只是在绝对零度时才停下来。

与散弹噪声一样，热噪声的谱是平坦的（白噪声）。或者说，有一个均匀的功率谱（白色谱），但热噪声与电流无关

1.3 闪烁噪声        

        闪烁噪声（闪变噪声）也叫1/f噪声，可能与半导体晶体结构的不完美性有关，因而良好的工艺可以降低闪烁频率。

1.4 闪烁噪声特性：

• 随着频率的增加而下降，因此就有了1/f的名称；
• 与电子器件中的DC电流有关；
• 每十倍频的带宽包含相同的功率

        闪烁噪声存在于碳质合成电阻中，碳质合成电阻中的闪烁噪声经常被叫做过量噪声，因为这种噪声是附加在已经存在的热噪声上的。其他类型电阻也呈现不同程度的闪烁噪声，其中以线绕电阻最小。闪烁噪声与器件中的DC电路成正比。

        因此，碳膜电阻除了有热噪声，较其他类型电阻还存在过量噪声。

1.4 突发噪声

        突发噪声也叫爆裂噪声，是与半导体材料中的缺陷和重离子注入有关的，他以离散的高频脉冲为特征。脉冲频率可以是变化的，但幅度总保持恒定，一般为热噪声幅度的数倍。就是因为它的声音像爆米花是的爆裂声而得名，通过使用清洁的器件加工工艺可以获得很低的突发噪声，因此突发噪声不是设计者可以控制的。目前TI的现代化加工技术已经差不多消除了这种噪声。

1.5 雪崩噪声

        是当PN结工作在反向击穿方式下产生的，在PN结耗尽区很强的反向电场作用下，电子可以获得足够的动能。当这些电子撞击晶格处的原子时，可以产生出新的电子空穴对。这种碰撞是纯随机的，因而就产生了与散弹噪声类似的随机电流脉冲，但强度要大得多。

2 噪声的颜色

        用不同颜色（紫色，蓝色，白色，粉色和红棕色）与频率幂次对应关系进行表示。因此，也就有为什么热噪声叫白噪声（谱与频率无关），1/f噪声又叫粉色噪声。

3 运放噪声模型

4 噪声计算