带通滤波器的噪声分析
模拟电路设计中的噪声与干扰抑制技术
模拟电路设计中的噪声与干扰抑制技术在模拟电路设计中，噪声与干扰一直是一个令人头疼的问题。
噪声和干扰会影响电路的性能和稳定性，因此在设计电路时需要采取一些技术手段来抑制噪声和干扰。
本文将介绍一些常用的噪声与干扰抑制技术，帮助工程师们在设计模拟电路时提高抗干扰能力。
首先，对于抑制噪声，我们可以采用滤波器来减小噪声对电路的影响。
滤波器可以将噪声信号中的高频成分滤除，从而减小对电路的干扰。
常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。
通过合理选择滤波器的参数和类型，可以有效地抑制噪声对电路的影响。
其次，对于抑制干扰，我们可以采用屏蔽技术来阻止外部干扰信号对电路的影响。
屏蔽技术包括电磁屏蔽和功率线屏蔽。
电磁屏蔽是通过在电路周围添加屏蔽罩或金属壳来屏蔽外部电磁干扰信号；功率线屏蔽则是通过设计合理的电源线路布局和滤波器来减小电源线对电路的干扰。
通过屏蔽技术，可以有效地减小外部干扰信号对电路的影响，提高电路的稳定性和可靠性。
此外，对于一些对噪声和干扰敏感的电路，还可以采用差分信号传输技术来抑制噪声和干扰。
差分信号传输技术通过在信号线上同时传输正向和反向信号，并在接收端通过差分放大器将两个信号相减得到原始信号，从而抵消噪声和干扰对信号的影响。
通过差分信号传输技术，可以提高信号的抗干扰能力，减小噪声和干扰对电路的影响。
总的来说，在模拟电路设计中，噪声与干扰抑制技术是非常重要的。
通过合理选择滤波器、采用屏蔽技术和差分信号传输技术，可以有效地减小噪声和干扰对电路的影响，提高电路的性能和稳定性。
希望以上介绍的技术能够帮助工程师们在设计模拟电路时更好地抑制噪声与干扰，提高电路的可靠性和抗干扰能力。
噪声的测量与频谱分析
噪声的测量与频谱分析
一、实验目的要求 1、掌握对噪声进行频谱分析的一般方法，使用模拟滤波器对白噪 声、粉红 噪声频谱进行分析。 2、掌握使用声级计测量环境噪声的一般方法 。 3、了解相关仪器的工作原理和使用方法。 二、实验仪器
பைடு நூலகம்
噪声的测量与频谱分析
的，适宜于对稳定的线状谱进行分析，能有效的抑制不需要的声， 把所需的纯音或谐波从噪声中提取出来。但倘若被分析信号的 纯音 或谐波频率不稳定，那么测试就会引入较大的误差。在恒带宽 频率 分析中，最常用的是谱级。它是以指定频率为中心、宽度为1 Hz的 声压级，这种概念主要用来比较不同频带分析时测得的数据。 2、恒比例带宽分析法 恒比例带宽滤波器的中心频率改变时，通带宽度将会变化，但 通带宽度与中心频率的比值保持不变。恒比例带宽滤波器是被用得 最多的滤波器。由于它的通带内放大倍数几乎不变，所以适用于噪 声谱的分析，也可以用于分析纯音或谐波。但由于它的带宽在高频 时较宽，在一个通带内，往往会包含二个以上的谐波，进行谐波分 析时就会引起测试误差，因此不宜用它做精密的谐波分析。
噪声的测量与频谱分析
3、实验内容 测取噪声信号频谱的传统方法是模拟分析法，这种方法是使待测 号通过若干个不同中心频率的模拟滤波器、或中心频率可在一段 率上移动的可调滤波器，这种滤波器通常是带通滤波器，即只允许 在规定频带内的信号分量通过的滤波器。在滤波器的输出端测定所 传输的信号功率并用记录器记录下来，制成相应的图表，就完成了 模拟分析。记录器可以是电平表、示波器或专用记录仪。 根据所使用带通滤波器特性的不同，具体的模拟频率分析方法 又分为两大类：即恒定带宽（又称绝对带宽）分析法与恒比例带宽 （又称恒百分带宽）分析法，它们使用不同特性的滤波器。 1、恒定带宽分析法 恒定带宽滤波器的特性是这样的：当滤波器中心频率改变时， 滤波器的通带宽度保持不变，即不论接受信号的频率是多少，可通 过的信号频带宽度都是一样的。在线性的频率刻度上，恒带宽给出 的分辨率是均匀的，这种方法有利于对谐波的检测。它通常是窄带
滤波器的测试指标
滤波器的测试指标1.频率响应：滤波器的频率响应是指滤波器对不同频率信号的传递特性。
常见的频率响应测试指标包括截止频率、通带衰减、阻带衰减等。
截止频率是指滤波器开始对输入信号进行滤波的频率点，通常用3dB衰减的截止频率表示；通带衰减指的是在通带频率范围内，滤波器输出信号的幅度与输入信号幅度之间的差异；阻带衰减是指在阻带频率范围内，滤波器输出信号的幅度与输入信号幅度之间的差异。
2.相移：滤波器的相移是指滤波器对不同频率信号的相位延迟。
相移可以导致滤波后信号的时间偏移，对于一些实时性要求较高的应用，相移的大小需要控制在一定范围内。
3.滤波器类型：测试滤波器类型的指标包括带通、带阻、低通和高通等。
这些指标描述了滤波器对于不同频率信号的传递特性。
4.阻带纹波：滤波器的阻带纹波是指在阻带频率范围内，滤波器输出信号幅度的波动情况。
阻带纹波越小，滤波器的准确性越高。
5.相位响应：相位响应描述了滤波器对不同频率信号的相位变化。
相位响应需要控制在一定范围内，以避免引起信号的相位失真。
6.噪声：滤波器的噪声是指滤波器在信号传递过程中引入的额外噪声。
噪声应尽量低，以保证滤波器对信号的准确度。
7.稳定性：滤波器的稳定性是指滤波器对输入信号的响应是否稳定。
稳定性测试指标包括有界输入稳定性和有界输出稳定性。
有界输入稳定性指的是当输入信号有界时，输出信号也是有界的；有界输出稳定性指的是当输入信号为0时，输出信号也为0。
8.精度：滤波器的精度是指滤波器输出信号与输入信号之间的误差。
通常使用均方误差（MSE）和峰值信噪比（PSNR）等指标来评估滤波器的精度。
9.鲁棒性：滤波器的鲁棒性是指滤波器对输入信号的变化和噪声的敏感程度。
鲁棒性越高，滤波器对于输入信号变化的适应性越好。
总之，滤波器的测试指标包括频率响应、相移、滤波器类型、阻带纹波、相位响应、噪声、稳定性、精度和鲁棒性等方面，这些指标可以用于评估滤波器的性能和准确度。
滤波器的选择和测试需根据具体应用场景和需求来确定。
(参考资料)抗噪声性能分析
#10
2006/10/16
四 AM
⎛S ⎜⎝ N
⎞ ⎟⎠o
=
PW N0W
=
PR N0W
1. 相干解调
AM 信号是 s (t ) = ⎡⎣1+ m (t )⎤⎦ cos 2π fct = cos 2π fct + m (t ) cos 2π fct ，其中的载波项
cos 2π fct 经过相干解调、隔直流后不产生输出，因此发送这个 AM 信号等价于发送了一个
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Lecture Notes for 04116~04118
#10
2006/10/16
当我们想从 s (t ) 中提取出 a (t ) 时，可以用相干载波 cos (2π fct + ϕ ) 来乘 s (t ) ，再将结果通 过一个低通滤波器以滤除高频成分，这样就能得到 a (t ) （常系数如果不是所关心的问题的
其复包络是
因此解调输出是
r (t ) = m(t ) + nc (t ) + jns (t )
mˆ (t ) = m (t ) + nc (t )
由窄带噪声的性质知， nc (t ) 的功率等于 n (t ) 的功率，为 N0B = 2N0W 。另外， s (t ) 的功
率是
PR
=
⎡⎣m (t ) cos 2π
其带宽 B 恰好使 s (t ) 无失真通过（对 FM 只能是近似无失真）。
如果没有噪声，则解调输出是 mo (t ) = m (t ) （假设解调器可能引起的常系数已经被补 偿）。噪声引起的问题是导致 mo (t ) ≠ m (t ) ，误差（也称输出噪声）为 no (t ) = mo (t ) − m (t ) 。
滤波器在磁共振像处理中的应用研究
滤波器在磁共振像处理中的应用研究磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）技术作为一种非侵入性的医学成像技术，已经在临床诊断和科学研究中得到广泛应用。
然而，由于各种原因导致的噪声和伪影影响了磁共振成像的图像质量，使得对病灶的检测和诊断受到限制。
为了解决这一问题，滤波器作为一种信号处理方法应运而生，并在磁共振像处理中发挥着重要的作用。
滤波器是一种可以选择性地通过或抑制某些频率成分的信号处理器件。
其在磁共振像处理中的应用主要包括噪声抑制、伪影消除和图像增强等方面。
首先，滤波器在磁共振成像中的噪声抑制起到了重要的作用。
磁共振成像过程中，由于各种原因导致的信号干扰会引入噪声，影响图像的清晰度和对比度。
滤波器可以通过选择性地抑制或减小噪声频率成分，提高图像的质量。
例如，常用的低通滤波器可以抑制高频噪声，使得图像更加平滑；而带通滤波器可以选择性地减小特定频率范围内的噪声，从而保留更多有用的图像信息。
其次，滤波器在磁共振成像中的伪影消除方面也发挥了关键的作用。
由于磁共振成像的特殊性质，常常会出现各种伪影，如磁化传递伪影、化学位移伪影等。
这些伪影降低了图像的准确性和可靠性。
滤波器可以通过选择性地削弱或抑制伪影频率成分，减轻伪影对图像的影响，提高图像的清晰度和可视化效果。
例如，空间滤波器可以通过对图像中特定区域进行滤波处理，消除由于磁化传递引起的伪影；而频域滤波器可以通过选择性地抑制特定频率成分，减小化学位移伪影。
此外，滤波器还可以在磁共振成像中起到图像增强的作用。
磁共振成像所获取的图像可能因为扫描参数或人体组织的差异等原因，导致图像的对比度不足或细节不清晰。
滤波器可以通过选择性地增强或减小某些频率成分，使得图像的对比度和细节得到改善，提高图像的可视化效果和诊断能力。
随着磁共振成像技术的不断发展和滤波器的改进，滤波器在磁共振像处理中的应用也不断得到完善。
目前，各种滤波器的组合和优化算法已经应用于磁共振成像中，进一步提高了图像的质量和诊断的准确性。
带通滤波器
摘要滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。
当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内，可使用滤波器有效的抑制干扰。
用LC网络组成的无源滤波器在低频范围内有体积重量大，价格昂贵和衰减大等缺点，而用集成运放和RC网络组成的有源滤波器则比较适用于低频，此外，它还具有一定的增益，且因输入与输出之间有良好的隔离而便于级联。
由于大多数反映生理信息的光电信号具有频率低、幅度小、易受干扰等特点，因而RC有源滤波器普遍应用于光电弱信号检测电路中。
关键字：滤波器；集成运放；RC网络；有源滤波器The function of the filter is to make certain frequency within the scope of the signal, and the frequency by outside the scope curbed the signal or sharp attenuation. When the disturbance signal and the useful signal not in the same frequency range, can use filter to suppress the interference effectively.With LC network consisting of passive filter in the low frequency within the area, volume weight expensive and attenuation shortcomings, but with integrated op-amp and RC network consisting of active filter is more applicable to low frequency, in addition, it also has some of the gain, and because between the input and output has good isolation and facilitate cascade. Since most reflect the photoelectric signal has a physical information low frequency and amplitude small, vulnerable to interference, and characteristics of the RC active filters widely applied electric light weak signal detection circuit.Filter；integrated op-amp；RC network；active filter引言滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。
信号处理技术中音频信号的降噪与滤波优化算法
信号处理技术中音频信号的降噪与滤波优化算法音频信号处理是信号处理技术的一个重要应用领域，其主要目标是提取音频信号中的有用信息，并降低由于噪声引起的干扰。
其中，降噪和滤波算法是音频信号处理中的关键技术。
本文将介绍音频信号降噪与滤波优化算法的基本原理和常见方法。
音频信号降噪是指通过有效算法减少或消除音频信号中的噪声成分，提高音频信号的质量和清晰度。
降噪算法可以分为时域降噪和频域降噪两大类。
时域降噪算法利用时域上信号的统计特性来进行噪声估计和降噪处理。
最常用的方法是均值滤波、中值滤波和自适应滤波等。
均值滤波通过计算滑动窗口内样本的平均值来抑制噪声，但它并不适用于非平稳噪声。
中值滤波则通过选择滑动窗口内样本的中值来降低噪声，对于椒盐噪声具有较好的效果。
自适应滤波是一种能够根据信号的统计特性动态调整滤波参数的滤波器，可以有效地抑制非平稳噪声。
频域降噪算法则将音频信号转换到频域进行处理，常用的方法有频域分析和谱减法。
频域分析通过对音频信号进行傅里叶变换得到频谱图，进而通过删除噪声成分或者只保留有用信号成分来实现降噪。
谱减法则是一种经典且有效的频域降噪算法，它通过将短时傅里叶变换的得到的频谱图与噪声谱图进行比较，然后通过减去噪声谱来实现降噪。
谱减法对于非平稳噪声有较好的降噪效果。
而滤波优化算法则是指通过优化滤波器设计和参数调整来提高信号滤波的效果。
滤波器是音频信号处理中最基本的工具，其目的是在保留有用信号的前提下去除噪声和干扰。
常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
在滤波优化中，最常用的方法是选择合适的滤波器类型和设计参数。
滤波器类型的选择根据实际应用场景的需要进行，例如低通滤波器适用于信号平滑处理，高通滤波器适用于去除低频噪声。
设计参数的优化通常使用最小二乘法或者逼近法进行。
最小二乘法通过最小化滤波器输出信号与目标信号之间的均方误差来优化参数，逼近法则是通过将滤波器输出信号与目标信号进行逼近来得到最佳参数。
微波信号频谱相位噪声和功率测量实验报告
近代微波测量实验报告<一）一、实验名称：微波信号频谱、相位噪声和功率地测量二、实验目地：1.了解微波测试用频谱仪地组成、构造和工作原理2.掌握微波信号源和频谱分析仪地使用方法3.利用微波频谱分析仪测试微波信号频谱、功率和相位噪声三、实验器材：微波信号源一台、微波频谱分析仪一台、同轴电缆一根四、实验原理：相位噪声是衡量频率标准源(高稳晶振、原子频标等>频稳质量地重要指标,随着频标源性能地不断改善,相应噪声量值越来越小,因而对相位噪声谱地测量要求也越来越高.b5E2RGbCAP无源和有源器件中地噪声一般有热噪声、闪烁噪声<1/f噪声）、散粒噪声、周期稳态噪声.相位噪声是用来表征一个信号源地短期频率稳定度地.在频域中,相位噪声表征噪声对输出信号相位地扰动,其定义为在偏移载波频率Δω处地单位带宽内地单边带噪声谱与载波功率之比.p1EanqFDPw 五、实验内容观察不同衰减设置下信号地变化、观察不同RBW带宽设置对信号频谱地影响；测试信号源输出信号地相位噪声；存储测试数据并进行分析.DXDiTa9E3d六、实验步骤一、正确连接信号源与频谱仪二、对信号源进行设置,输出所需地单频信号,信号源按键DIAGR--Baseband--Multicarrier CWRTCrpUDGiT三、对频谱仪进行适当设置,频谱仪按键AMPT--RF Atten Manual观察不同衰减设置下信号地变化5PCzVD7HxA四、频谱仪按键BW--Res BW Manual,观察不同RBW 带宽设置对信号频谱地影响五、频谱仪按键MKR--Phase Noise Ref Fixed,测试信号源输出信号地相位噪声<偏离10KHz、100KHz、1MHz、10MHz）jLBHrnAILg六、纪录测试数据并进行分析.七、实验结果：测得中心频率f0=3GHz,输入-10dBm时,测得输出为-11.69dBm.1、偏离10kHz<设置span为50k,RBW为300Hz）相噪：+10kHz处-101.21dBc/Hz；-10kHz处-98.17dBc/Hz2、偏离100kHz<设置span为500k,RBW为3kHz）相噪：+100kHz处-101.96dBc/Hz；-100kHz处-102.06dBc/Hz 3、偏离1MHz<设置span为3M,RBW为30kHz）相噪：+1MHz处-115.61dBc/Hz；-1MHz处-114.32dBc/Hz4、偏离10MHz<设置span为50M,RBW为100kHz）相噪：+10MHz处-128.54dBc/Hz；-10kHz处-130.16dBc/Hz 八、讨论：1.在一定条件下,衰减器衰减量每增加10dB,频谱仪显示噪声电平提高10dB.因此,要提高频谱分析仪地灵敏度需要将衰减设置得尽可能小,以降低噪声电平地值,使得信号不被噪声淹没.2.分辨率带宽是频谱仪测量参数中非常重要地一项.频谱仪在对两个频率相近地待测信号进行描述时,若两信号幅度也相似,则响应特性曲线顶部可能重迭在一起,表现为单一信号；若两信号幅度一大一小,则小信号有可能被大信号淹没,无法分辨出来.只有当两个信号地频率间隔大于或等于分辨率带宽时,频谱仪才能够正确地显示出它们.xHAQX74J0X近代微波测量实验报告<二）姓名：贾淑涵学号：201822020648 实验时间：2018年3月18日一、实验名称：滤波器响应曲线测试二、实验目地：1.了解微波测试用频谱仪地组成、构造和工作原理2.掌握微波信号源和频谱分析仪地使用方法3.在没有矢量网络分析仪地情况下利用,微波信号源和微波频谱分析仪测试滤波器地响应曲线,观察滤波器插损、3dB带宽和带外抑制特性LDAYtRyKfE三、实验器材：微波信号源一台、微波频谱分析仪一台、带通滤波器一只、低通滤波器一只、同轴电缆两根四、实验原理：滤波器是一种选频装置,可以使信号中特定地频率成分通过,而极大地衰减其它频率地成分.滤波器地性能指标通常有以下几项：1、截至频率：一般指衰减增加到某一确定值时地频率,如增加3dB时地频率,称为3dB截止频率.2、带宽BW：对于带通滤波器而言,也指衰减加大到某一确定值时地频率范围,如称为1dB通带带宽或1dB阻带带宽.带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分地能力——频率分辨率.Zzz6ZB2Ltk3、回波损耗<Reflection Loss缩写RL）：回波损耗是描述滤波器性能地一个敏感参数,同时回波损耗<RL）、驻波系数<VSWR）和反射系数<）三个参数是相关地,通常用来表征滤波器反射特性.回波损耗地公式定义以及三者之间地dvzfvkwMI14、带外抑制<Rejection缩写RJ）：在给定地频率下,带外信号地插入损耗大于最小带内信号地插入损耗地数值.rqyn14ZNXI5、带内波动：指通带内信号地平坦程度,即通带内最大衰减与最小衰减之间地差别,一般用dB表示.6、品质因数Q：描述滤波器地频率选择性地强弱,分有载和无载两种情况.五、实验内容一、带通滤波器测试1. 带通滤波器截止频率2. 带通滤波器带外抑制30dB处频率点3. 带通滤波器袋内波动二、低通滤波器测试1. 低通滤波器截止频率2. 低通滤波器带外抑制30dB处频率点3. 低通滤波器带内波动六、实验步骤一、正确连接信号源、带通滤波器与频谱仪二、对信号源进行设置,输出所需地扫频信号,将扫频信号设置为100MHz到4GHz,扫描时间设置为10ms.EmxvxOtOco三、对频谱仪进行适当设置,设置RBW为1MHz,SWT为5ms,Ref 为0dBm,Att为20dB,VBW为3MHz.SixE2yXPq5四、将频谱仪地Trace设置为maxholder,扫频,观察滤波器地响应曲线.五、待曲线出现后,观察曲线.六、移动marker,读取带通滤波器地两个截止频率点,计算出中心频率.七、移动marker,读取通带两边衰减30dB处地频率点.八、移动marker,在通带内寻找最高及最低点,分别读取其功率值,计算得出带内波动.九、设置频谱分析仪,在Trace选项里选择writeclear.十、将带通滤波器取下,连接低通滤波器.重新设置信号源及频谱仪,测试滤波器指标.测试方法同带通滤波器.七、实验结果：根据实验步骤正确连接仪器及测试后,可得一下结果：1、带通滤波器测试得带通滤波器左右两个截止频率分别为：1.8483GHz,2.4783GHz.当带外抑制达到30dB时左右两边频率分别为：1.5729GHz,2.6228GHz.带内波动为：-12.8dB~-14.17dB.6ewMyirQFL通过左右截止频率,可算得中心频率为2.1633GHz2、低通滤波器测试得低通滤波器截止频率为：1.3297GHz.当带外抑制达到30dB时频率分别为：1.7176GHz.带内波动为：-10.36dB~-14.59dB.kavU42VRUs八、讨论：1、通过本实验,使我们了解微波测试用频谱仪地组成、构造和工作原理.在实际操作中,掌握微波信号源和频谱分析仪地使用方法,锻炼了我们地动手能力.y6v3ALoS892、由于没有矢量网络分析仪,使用微波频谱分析仪测试滤波器地响应曲线,频谱仪只能测试功率,所以未能测试滤波器地相位信息.M2ub6vSTnP3、通过这次实验,明白了在一定地实验条件及实验要求下,我们可以灵活选择测量仪器来获取所需地数据.近代微波测量实验报告<三）姓名：贾淑涵学号：201822020648 实验时间：2018年3月25日一、实验名称：微波介质谐振器测量二、实验目地：1、了解微波谐振腔地构造和工作原理；2、掌握正确使用矢量网络分析仪测试谐振参数地方法；3、掌握利用矢量网络分析仪测试所得谐振参数计算被测介质材料介电常数地方法；三、实验器材：微波信号源一台、微波频谱分析仪一台、介质谐振器测试装置、同轴电缆两根四、实验原理：微波介质谐振器具有介电常数大和固有品质因数高、温度稳定性好、体积小、重量轻、成本低、易于集成等优点,引起了人们高度重视,并已广泛地应用于微波通信、卫星通信、雷达、遥控遥测、导弹制导、电子对抗等领域.0YujCfmUCw谐振单元地理想模型是被测介质谐振器为圆柱体,其两端面由无穷大良导体金属短路板短路,如图所示.若介质谐振器为非磁性(=1>和较高介电常数材料,则在谐振单元中存在陷模和漏模.陷模地能量主要集中在介质谐振器内及其附近,品质因数Q值较高；漏模地能量将沿半径r方向向外辐射,Q值较低.在谐振单元中,若取圆柱坐标系,并取z为轴向.根据电磁谐振理论,可得谐振单元中陷模TE0mn地特征方程组：eUts8ZQVRd式中和 <n=0,1）分别为第一类贝塞耳函数和第二类变态贝塞耳函数.当测得介质谐振器地结构尺寸和谐振频率后,联立求解式上述式子可得被测介质材料地介电常数.sQsAEJkW5T五、实验内容1.对仪器进行适当地参数设置2.正确连接仪器与谐振腔,选择使用适合地转接头3.测试谐振腔载入被测材料前后地谐振频率和Q值4.存储测试数据并进行分析六、实验步骤一、连接仪器；二、设置矢网扫频带宽为9kHz~6GHz<全频带）,功率为0dBm,点数为401；三、观察谐振峰出现频点,选取较为明显地谐振峰进行测试<将谐振器地上面板上抬,观察各个波峰,往低频段移动地即是我们所要测量地TE011模式地谐振峰）；GMsIasNXkA四、将光标置与选定地谐振峰,其对应频率置为扫描中心频率；五、减小扫描带宽,并保持光标置于谐振峰峰值处；六、重复步骤4-5,直到所显示曲线上下为4dB左右；七、测量谐振频率f0,3dB带宽等参数并作记录,并利用公式计算谐振器Q值.七、实验结果：1. 测得谐振频率f0 为4.776576GHz2. 3dB 功率频点为 4.775463GHz~ 4.777754GHz,3dB带宽为0.002291GHzTIrRGchYzg3.计算谐振器Q值为：Q==f0/Δf=2084.93八、讨论：通过本实验,使我们了解了谐振器地原理及性能指标.在实际操作中,掌握微波信号源和频谱分析仪地使用方法,锻炼了我们地动手能力.7EqZcWLZNX。
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如题所述，本文主要针对二阶带通滤波器进行噪声分析。
关键词：二阶高通滤波器热噪声低频噪声散粒噪声宽带噪声一、二阶带通有源滤波器电路简介
已知，有源滤波器一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。
利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。
如下图示为一二阶带通滤波器电路图
图1
基本电路原理图如上图所示。
放大器选择OPA363。
图中R、C组成低通网络，C1、R3组成高通网络。
下图为带通滤波器的幅频特性
图2
二阶压控电源带通滤波器就是将低通与高通电路相串联，而构成的带通滤波电路。
条件是低通滤波电路的截止脚频率wH大于高通滤波电路的截止角频率wL。
因此，上图并不难理解。
设R2=R，R3=2R，则可得带通滤波器的中心角频率W0=1/（RC）。
电路的优点是改变Rf和R1的比例就可改变频宽而不影响中心频率。
二、电路噪声分析电路噪声可分为内部噪声与外部噪声。
内部噪声是由电路内部电路元器件其本身固有物理性质所产生的噪声。
造成内部噪声的元器件主要有电阻、运算放大器等。
外部噪声是由外界因素对电路中各部分的影响所造成的。
一般来说，主要是外界电磁场、接地线不合理和电源等原因造成的。
（一）内部噪声分析
1．热噪声（主要是电阻造成的噪声）：在导体中由于带电粒子热骚动而产生的随机噪声。
它存在于所有电子器件和传输介质中。
它是温度变化的结果，但不受频率变化的影响。
热噪声是在所有频谱中以相同的形态分布，它是不能够消除的。
热噪声是杂乱无章的变化电压。
一般来说，热噪声决定了电路的噪声基底。
实际电阻器一般被等效为一理想无噪声电阻与噪声电压源相串联的电路，或者一理想无噪声电导和噪声电流源相并联。
（见下图）
图3
一般选用第一种模型求出Vn，进而计算功率密度谱
进而通过电路补偿来减小噪声。
2．放大器噪声分析
运算放大器采用CMOS工艺，输入噪声电流非常小，可以忽略不计，仅考虑放大器电压噪声的作用。
在此情况下，放大器的噪声可以看作是加在同向输入端的一个电压源。
下面对放大器噪声进行具体分析
（1）散粒噪声：由于离散电荷的运动而形成电流所引起的随机噪声。
散粒噪声是半导体的载体密度变化引起的噪声。
它是由形成电流的载流子的分散性造成的，在大多数半导体器件中，它是主要的噪声来源。
在低频和中频下，散粒噪
声与频率无关（白噪声），高频时，散粒噪声谱变得与频率有关。
实验证明，散粒噪声是一种白噪声。
其功率谱谱密度函数为 Psh（f）=2*q *Idc
因此，为减小散粒噪声，流过PN结平均直流电流应越小越好，尤其是放大器的前置级。
（2）低频噪声（即1/f噪声）：1/f噪声也叫闪烁噪声（flicker noise），是有源器件中载波密度的随机波动而产生的，它会对中心频率信号进行调制，并在中心频率上形成两个边带，降低了振荡器的Q值。
如下图示为OPA363的输入电压噪声密度图。
图4
如图所见，当频率小于10kHz时，放大器输入电压噪声密度随着频率的增加逐渐降低；当频率为10kHz时，输入噪声密度是17nV/Hz；当频率高于10kHz以后，噪声密度图变得很平坦。
以10kHz频率为分界线，把频率小于该值的输入电压噪声定义为1 /f 噪声，而频率高于该值的输入电压噪声部分定义为宽带噪声。
通常说来，1/f 噪声的功率谱以 1/f 的速率下降。
这就是说，电压谱会以 1/f(1/2 ) 的速率下降。
不过实际上，1/f 函数的指数会略有偏差。
对于1/f噪声的计算，一般限定在某一个频率区域内，例如在f1~f2之间，1/f噪声的功率
对于低频（1 /f）噪声部分, 输入电压噪声的数值等于在输入电压下, 频率在0. 1~
10kH z之间的噪声密度曲线的面积。
由此可得到下式：
上式用于计算放大器在1/f 噪声区域中频率在f1和f2之间的输入电压噪声大小。
（3）高频噪声（宽带噪声）：当输入为高频信号时放大器产生的噪声。
又图4可看出高频区对应的宽带噪声密度很平坦，也就是说其输入电压噪声相对稳定。
因此对于曲线的这部分区域, 噪声可以由下式计算:
上式中,end为频率为10kHz时的输入电压噪声,如果放大器在10kHz频率下的电压噪声为17nV，则
（二）外部噪声 1．电力线噪声
2．电气设备噪声：电气设备工作必然产生工频电磁场，会对仪器产生一个附加耦合电场或磁场。
3．射频噪声：主要是无线电通信使到处都充满了无线电波，导线会充当天线接收噪声信号，
对输入或输出信号产生干扰。
4．雷电：大气层的电离作用产生的雷电等气候现象引起设备空间电位变化而产生噪声。
5．静电噪声：由于人体或工具器械积存的静电，当它们与设备接触时产生的噪声。
6．天体噪声：由于太阳或其他恒星辐射的电磁波而产生的噪声。
7．地电位差噪声
对于外部噪声的解决方法，不外乎屏蔽，滤波，接地，隔离等几种。
1和2产生的电磁干扰频率较低，此时的屏蔽效果不是很好，可以选择高通滤波来解决，但仪器本身为一带通滤波器，故可以忽略1,2的干扰。
射频噪声的影响较为显著，此时可以在仪器外部加装屏蔽壳来防止无线电波对仪器的影响。
对于雷电引起的噪声，需要注意接地，以及避雷设施的安装。
静电噪声，在人为接触仪器时，做好人体或工具器械积存的静电放电。
天体噪声，一般远远超出检测系统的频带范围。
对于地电位差噪声的解决办法，主要是需要注意接地是共地的问题。
三、小结
电路噪声对仪器影响有时会非常显著，要时刻注意在设计电路时对噪声的解决。
选用器件是一个很重要的问题，例如uA741与OP27相比，明显uA741的噪声要远大于OP27；金属膜电阻也要远远优于碳膜电阻。
电路内部噪声一般选择用软件方法进行解决，也就是补偿计算，之后进行补偿。
而外部噪声则应用屏蔽，隔离，滤波等外加设备进行消除。
噪声是一个很深刻的课题，之上只是我们小组对电路噪声的一些小小的理解，王老师提出宝贵意见。