哐哐画图!我要解读!
就说是不是好看的不行
红色虚线(1/f Noise) :在低频段(如 <60 Hz)主导,总体呈下降趋势(斜率约 -10 dB/dec)。
绿色虚线(Broadband Noise) :在高频段趋于平坦,对应的是白噪声部分。
蓝色实线(Total Noise) :1/f 噪声与宽带噪声的叠加,总体表现为低频随频率升高而衰减,超过 corner frequency 后趋于稳定。
灰色竖线标注 corner frequency (~60 Hz):是 1/f 噪声与宽带噪声交汇点。
在 1/f Corner 处添加了噪声矢量图示 :绿色箭头 :宽带噪声(Broadband Noise)分量,频率无关;
图反正就是这样了,下面开始一些计算,积分计算以评估等效输入噪声:
在 0.1 Hz 到 10 kHz 频率范围内计算得到的 等效输入噪声电压(RMS)为约 1040.79 nV ,即:
这个值表示在该带宽内总噪声功率的平方根,也常用于比较运放或模数转换器(ADC)系统的低频性能。
感觉可以可视化一下!
在加入一个 一阶低通滤波器(截止频率 1 kHz) 后,噪声谱的变化如下:
蓝线 :原始总噪声密度(未滤波),积分结果为:
红色填充区 :经过低通滤波器后剩余的有效噪声功率;
灰色虚线 :滤波器的-3 dB截止频率;
引入二阶低通滤波器(截止频率仍为 1 kHz) 后的模拟结果如下:
滤波器类型 | 有效带宽 (Hz) | 滤波后 RMS 噪声 |
---|---|---|
原始(无滤波) | 0.1–10k | 1040.79 nV |
一阶低通滤波器 | 1 kHz | 465.32 nV |
二阶低通滤波器 | 1 kHz | 424.82 nV |
一阶滤波器已大幅抑制高频噪声;二阶滤波器进一步抑制高频分量,相比一阶进一步降低了约 40 nV 的等效噪声 ;滤波器阶数越高,滚降越陡峭,对高频噪声的抑制效果更明显;在模拟系统设计中,选择合适的滤波器阶数和截止频率可以有效控制系统噪声水平 。
就这?一般啊,加入4阶,勇闯人生高峰!
4阶 Butterworth 低通滤波器(fc = 1 kHz) 后的仿真结果,噪声比较:
滤波器类型 | RMS 噪声电压 |
---|---|
无滤波 | 1040.79 nV |
一阶低通(1st-order) | 465.32 nV |
二阶低通(2nd-order) | 424.82 nV |
4阶 Butterworth | 414.13 nV |
Butterworth 滤波器 具有最大平坦幅度响应 特性,高阶版本在截止频率处呈现更陡峭的滚降;相较 2 阶低通,4 阶 Butterworth 又进一步抑制了高频噪声,总噪声降低到约 414 nV ;该阶数已足够用于大多数 ADC/仪表放大器前端设计。
我觉得这样的可视化不好,因为频段里面被滤波器的干预程度也不一样:
将滤波后(4阶 Butterworth)噪声密度按四个频段 分段积分,可视化其对总噪声的贡献:
频率区间 | 分段 RMS 噪声(nV) | 贡献说明 |
---|---|---|
0.1 – 10 Hz | ≈ 82.2 nV | 典型为1/f 噪声 主导 |
10 – 100 Hz | ≈ 144.9 nV | 仍有部分 1/f 影响,高频噪声开始显现 |
100 – 1k Hz | ≈ 266.7 nV | 贡献最大 |
,位于截止频率附近|
|1k – 10k Hz|≈ 89.4 nV|已明显被滤波器抑制,但仍存在边缘成分|
总 RMS 噪声:约 414.13 nV ,由上面各段平方和开根号得出。
若需优化低频性能,应重点关注前两个频段的抑制(如选用低 1/f 运放);
若想控制带宽下的总噪声,可通过调整截止频率 或使用更陡滚降的滤波器 进一步压制 100Hz–1kHz 区间。
还是不直观!!!
4 个频段对总噪声功率的贡献比例如下:
频率区间 | 贡献百分比 |
---|---|
0.1–10 Hz | 3.94% |
10–100 Hz | 12.71% |
100–1k Hz | 55.84% |
1k–10k Hz | 21.51% |
中频段(100–1k Hz)是最主要的噪声来源,滤波器设计可优先控制此区间。