噪声和干扰
8.1※ 噪声与干扰
BL
的情况。
2
BW0.7
图8.1.2为白噪声通过具有选频特性的线性网络时
它是高度为 H 2 ( f 0 )(系统在中心频率点 f 0 的功率传输系
数)，宽度为BL的矩形。白噪声通过线性系统后的总噪声
功率等于输入噪声功率谱密度 Si 乘以系统的等效噪声带宽
BL 。因此系统的等效噪声带宽 BL越大，输出噪声越大。
有关特性。
电阻的起伏噪声是由电阻内部的电子热运动引起的。
因为电子的质量很轻，无规则的热运动速度又极高，
所以所形成的热噪声可以看作是由无数个持续时间极 短的电流脉冲组成 （其持续时间只有1013 1014 ）。
当直流电流 I 0 流过电阻时，由于电阻热噪声的存在， 使流过电阻的电流在平均值 I 0 上下作随机起伏的变化，
2 n 2 0
0
H ( f ) df
2
它是输入功率谱密度 Si 乘以功率传递函数在整个频段 线性系统的等效噪声带宽内的积分值。
BL为
BL
0
H ( f ) df H 2 ( f0 )
8.1
2
等效噪声带宽与通频带（半功率点带宽） 0.7一样，是 BW 由电路本身的参数决定的。可以证明，对于单调谐高频 放大器的 BL与BW0.7有如下关系，即
n2表示在频带 f f f 内单位电阻上的噪声功率。 2 1
在整个频段内功率谱密度为常数的噪声称为白噪声，
对白噪声有
i S I ( f )df S I df S I ( f 2 f1 )
2 n f1 f1
f2
f2
8.1
3、等效噪声带宽
对于一个电压传递函数为 H ( jf )的线性时不变系
电子设计中的噪声与干扰分析
尽量缩短信号线的布线长度，减小 信号在传输过程中的衰减和反射， 提高信号的完整性。
2023
REPORTING
PART 04
电子设备中的电磁兼容性 （EMC）标准与测试
国际电磁兼容性标准
IEC 61000系列标准
这是国际电工委员会制定的关于电磁兼容性的系列标准，包括EMI（电磁干扰）和EMS（电磁耐受性）的测试方 法和限值要求。
串扰抑制案例
总结词
串扰是信号线之间由于电磁耦合而产生的干扰。
详细描述
一个有效的串扰抑制案例是采用双绞线或同轴电缆来传输信号。双绞线通过将两根信号 线以相反的方向扭绞在一起，减小了信号线之间的电磁耦合。同轴电缆则通过将信号线 包裹在接地屏蔽层中，进一步减小了信号线之间的电磁干扰。此外，还可以通过增加信
静电屏蔽
通过导电材料将静电隔离在一定 范围内，防止静电对电路的影响 。
接地技术
安全接地
将设备的外壳接地，以保 障人身安全。
信号接地
为信号提供稳定的参考点 ，减小信号间的相互干扰 。
功率接地
为功率电路提供接地，减 小对其他电路的干扰。
电路设计中的噪声抑制
分流设计
通过增加并联支路来分流电流，减小 电流对电路的干扰。
号线之间的距离、采用适当的电路板布线技术等措施来减小串扰的影响。
2023
THANKS
感谢观看
XXX.xxx
REPORTING
电磁干扰（EMI）
电磁干扰是由于电磁场的变化引起的干扰。
输入 标题
详细描述
电磁干扰可能来自于各种电子设备，如电动机、电焊 机、荧光灯等。这些设备产生的电磁场可能对其他电 子设备产生干扰，导致其工作异常。
干扰与噪声
串连电压源 形式
并连电流源
形式
4 从干扰对电路作用的形式分类 （续）
共模干扰：共模干扰又称共态干扰、同 相干扰、对地干扰及纵向干扰。
它是相对于公共的电位基准点(通常为接 地点)，在检测系统的两个输入端子上同时出 现干扰。它虽不直接对测量结果造成影响， 但当信号输入电路不对称时，它会转化为差 模干扰，进而对测量产生影响。
共模干扰等效电路
4 从干扰对电路作用的形式分类 （续）
共模干扰抑制比：
式中： Kd——差增益；
Km——共模增益。
5.1.3 噪声形成干扰的三要素
噪声形成干扰必需具备三个条件，噪声 源、对噪声敏感的接收电路和噪声源到 接收电路之间的耦合通道。 噪声源 耦合通道 接收电路
差模干扰进入电路后使检测系统的一个信号输入端子相对于另一个信号输入端子的电位发生变化即干扰信号与有用信号按电势源串联起来作一起进入输入端
5.1 干扰与噪声
(1)噪声指在信号检测的领域内，检测 系统检测和传输的有用信号以外的一切 信号均被称为噪声。
(2)干扰指具有一定幅值和一定强度、 能够影响检测系统正常工作的噪声被称 为干扰。
差模干扰：差模干扰又称串模干扰、串 联干扰、正态干扰、常模干扰及横向干扰等。
差模干扰进入电路后，使检测系统的一 个信号输入端子相对于另一个信号输入端子 的电位发生变化，即干扰信号与有用信号按 电势源串联起来作一起进入输入端。因为这 种干扰和有用信号迭加起来直接作用于输入 端，所以它直接影响到测量结果。
3 从干扰出现的区域分类
(1) 内部干扰：来自检测系统内部的干 扰称为内部干扰。如电路的过渡过程、 寄生反馈、内部电磁场等引起的干扰， 都属于内部干扰。
(2)外部干扰。来自检测系统外部的 干扰称为外部干扰。如电网电压波动、 电磁辐射、高压电源漏电等，都属于 外部干扰。
第3章 噪声与干扰
第3章噪声与干扰讲授内容：3.1 概述3.2 噪声3.3 额定功率和额定功率增益3.4 线性四端网络的噪声系数3.5 等效输入噪声温度3.6 接收灵敏度3.7 工业干扰与天电干扰3.1 概述噪声对有用信号的接收产生了干扰,当有用信号较弱时, 噪声的影响就更为突出, 严重时会使有用信号淹没在噪声之中而无法接收。
外部噪声：噪声从器件外部窜扰来。
噪声分为外部噪声和内部噪声。
内部噪声：噪声从器件内部生。
内部噪声源主要有电阻热噪声、晶体管噪声和场效应管噪声三种。
3.2 噪声3.2.1 电阻热噪声1、起伏噪声电流：电阻内部自由电子热运动在导体内形成微弱的电流, 由于这种电流呈杂乱起伏的状态，称为起伏噪声电流。
2、起伏噪声电压：起伏噪声电流流过电阻本身在其两端产生的电压称起伏噪声电压。
3、起伏噪声电压特征：起伏噪声电压的瞬时振幅和瞬时相位是随机的，且不规则地偏离平均值而起伏变化。
起伏噪声电压的平均值为零，均方值为一定值，即其功率频谱密度是一个常数，这种在整个无线电频段内具有均匀频谱的起伏噪声称为白噪声。
阻值为Ｒ的电阻产生的噪声电流功率频谱密度和噪声电压功率频谱密度分别为：其中：k=1.38×10-23J ／K ；T 为电阻温度，以绝对温度计算。
在频带宽度为ＢＷ内产生的热噪声均方值电流和均方值电压分别为：一个实际电阻可以分别用噪声电流源和噪声电压源表示， 如图所示：例 2.5 试计算510k Ω电阻的噪声均方值电压和均方值电流各是多少？设Ｔ＝290K ，ＢＷ＝100k Ｈｚ。
解：I2n=4k ·T ·BW ／R=4×1.38×10-23×290×105／510×103≈3.14×10-21Ａ2U2n=4k·T·R·BW=4×1.38×10-23×290×510×103×105≈8.16×10-10Ｖ23.2.2 晶体管噪声晶体管噪声主要包括以下四部分。
移动通信中的噪声和干扰
移动通信中的噪声和干扰
移动通信中的噪声和干扰
移动通信中的噪声和干扰是影响通信质量和性能的重要因素。
在移动通信系统中，噪声是由各种源产生的随机波动，而干扰则是
指外部信号对通信系统的干扰。
噪声
噪声是由于电子元件的热运动和其他因素引起的无规律电磁波，它会对通信信号进行干扰和破坏。
在移动通信系统中，噪声主要包括：
1. 热噪声：由于传输介质和电子元件内部的热运动产生的电磁波；
2. 散弹噪声：由电子元件内电子的离散性引起的电磁波；
3. 交调噪声：由于不同频率的信号交叉混合而产生的电磁波。
噪声对通信系统的影响可以通过信噪比（信号与噪声的比值）
来衡量，信噪比越大，通信质量越好。
为了降低噪声的影响，通信
系统通常采用信号处理、误差检测和纠正等方法。
干扰
干扰是指环境中的其他电磁信号对通信系统的干扰。
在移动通信系统中，干扰主要来源于以下几个方面：
1. 邻近信道干扰：由于邻近频道的信号相互干扰导致的；
2. 同频干扰：由于系统内不同用户或不同基站之间的信号相互干扰导致的；
3. 多径干扰：由于信号在传播过程中发生多次反射、绕射、折射等导致的；
4. 外界干扰：来自于其他无线设备、电源设备、人造信号等的干扰信号。
干扰会导致通信信号的失真、丢失和误解等问题，降低通信的可靠性和性能。
为了减少干扰，通信系统通常采用多址技术、频率规划、功率控制和重复传输等方法。
，噪声和干扰是移动通信中不可避免的问题，对通信质量和性能产生重要影响。
通过合理的设计和优化，可以降低噪声和干扰对通信系统的影响，提高通信质量和性能。
移动通信中的噪声和干扰
9
3ห้องสมุดไป่ตู้1移动通信中的噪声
– 人为噪声
➢ 属冲击性噪声
✓ 大量冲击噪声混在一起形成连续噪声或连续噪声再叠加冲击 噪声
➢ 频谱较宽，强度随频率升高而下降 ➢ 噪声源的数量和集中程度随地点和时间而异，随机变化，
噪声强度的地点分布可近似按正态分布处理，其标准偏差 σ约为9dB ➢ BS与MS所受影响不同
如基波为50Hz时，2次谐波为100Hz，3次谐波则 是150Hz。
27
3.2互调干扰
设:
Vout = KVin
(1)
线性放大器下，K对于任意大小Vin都是个常数; 实际的放大器中，K 并不是定值常数。
在Vin=0处，式（1）用泰勒展开式展开，得:
(2)
K0为引入直流项，K0+K1Vin为线性增大项;K2 、K3等高次幂项系数非 零时，输出信号就会伴随出现非线性增大失真部分，即常见的所谓
➢ 散弹噪声
✓ 由于载流子（电子）随机通过PN结，单位时间内通过PN结 的载流子数目不一致，表现为通过PN结的正向电流在平均 值上下作不规则起伏变化
6
7
3.1移动通信中的噪声
外部噪声
– 外部噪声分自然噪声和人为噪声 – 自然噪声
➢ 指天电噪声、宇宙噪声和太阳噪声等 天电噪声来源于闪电、大气中的磁暴 等。
也是随机的
34
3.2互调干扰
– 多信道共用系统中的三阶互调
➢ n个等间隔信道间的三阶互调干扰(频率关系)
✓ fx、fi、fj、fk分别为x、i、j、k信道的载频 ✓ 若有两个信道频率满足第一式或三个信道频率满足第二式
内容
– 移动通信中的主要噪声和主要干扰 – 互调干扰、邻道干扰、同频干扰的概念、产生和改
通信工程中的噪声与干扰分析
通信工程中的噪声与干扰分析在当今信息时代，通信工程扮演着至关重要的角色，它让我们能够在全球范围内迅速、准确地传递信息。
然而，在通信过程中，噪声与干扰的存在却常常给信息的传输带来诸多问题。
了解和分析通信工程中的噪声与干扰，对于提高通信质量、保障信息的可靠传输具有重要意义。
一、通信工程中的噪声噪声，简单来说，就是在通信系统中除了有用信号之外的各种随机的、不可预测的信号。
它就像是信号传输道路上的“绊脚石”，会使信号发生失真、误码等问题。
热噪声是通信中常见的一种噪声，它是由电子的热运动引起的。
无论通信设备是否在工作，热噪声始终存在。
在导体中，电子的无规则热运动导致了电流的微小波动，这种波动就形成了热噪声。
热噪声的功率谱密度在很宽的频率范围内是均匀分布的，因此也被称为白噪声。
散粒噪声则主要出现在电子设备的半导体器件中，比如二极管、晶体管等。
当电流通过这些器件时，由于载流子的离散性，电流会出现微小的起伏，从而产生散粒噪声。
还有一种常见的噪声是闪烁噪声，也称为 1/f 噪声。
它的功率谱密度与频率成反比，通常在低频段较为显著。
闪烁噪声的产生机制比较复杂，与半导体器件中的缺陷、杂质等因素有关。
二、通信工程中的干扰干扰与噪声有所不同，干扰通常是指由外部因素引起的、具有一定规律性和可预测性的信号。
同频干扰是指在通信系统中，使用相同频率的多个信号源之间相互干扰。
例如，在移动通信中，如果多个基站使用相同的频率，并且它们的覆盖区域有重叠，那么手机在这些区域就可能接收到多个相同频率的信号，从而导致干扰。
邻频干扰则是由于相邻频段的信号泄漏到有用信号的频段内而产生的干扰。
在频谱资源有限的情况下，相邻频段之间的隔离不够充分，就容易出现邻频干扰。
互调干扰是当多个不同频率的信号通过非线性器件时，产生的新的频率成分对有用信号造成的干扰。
这种干扰在通信系统中的放大器、混频器等非线性部件中较为常见。
三、噪声与干扰对通信系统的影响噪声和干扰会严重影响通信系统的性能。
什么是电路的噪声和干扰
什么是电路的噪声和干扰电路的噪声和干扰是在电子设备和电路中常见的问题，它们可能会对信号传输和设备性能产生负面影响。
了解噪声和干扰的类型、来源以及如何减少它们对电路的影响是电子工程师和电路设计师的重要任务之一。
一、噪声的定义和分类噪声是指在电子设备和电路中引入的非期望的信号，它包含了各种频率和振幅的信号成分。
噪声可以来自内部和外部的源头。
内部噪声是由电子元件和电路中的电流、电压以及其他物理过程产生的。
外部噪声则是来自设备周围的各种信号源。
根据噪声的统计特性，我们可以将其分为两类：分布均匀的白噪声和频率相关性的有色噪声。
白噪声是指所有频率上的噪声功率谱密度相等，而有色噪声则具有频率相关性，不同频率成分的功率不同。
二、噪声的来源1. 热噪声（热涨落噪声）：热噪声是由于温度引起的原子和电子的热运动所导致的噪声。
在电子元器件中，例如电阻器、晶体管等，由于内部电阻和电流的存在，会产生热噪声。
2. 亚原子干扰：亚原子干扰是由于电子的原子与原子之间的运动和相互作用引起的。
3. 辐射噪声：辐射噪声是指由电子装置或电子器件辐射而来的非期望信号。
4. 交流电源干扰：由于电源的电压和电流的不稳定性，交流电源本身也会引入噪声。
5. 信号线串扰：信号线之间的接近会导致相互耦合，引起信号传输中的串扰。
三、干扰的定义和分类干扰是指在电子设备和电路中的不相关信号，它可能会使电路、传感器或通信系统产生误差或性能下降。
干扰可以来自内部设备或外部环境。
根据干扰的特征，我们可以将其分为以下几类：1. 电磁干扰（EMI）：电磁干扰是指由电磁辐射或电磁感应引起的干扰。
例如，无线电发射器、电视机、雷达等设备都会发出电磁辐射信号，这些信号可能会干扰周围的电子设备。
2. 电源杂散：电源本身可能会产生不稳定的电压或电流，这些电气杂散信号可能会对其他电子设备或电路产生干扰。
3. 瞬态干扰：瞬态干扰是指非持续性的干扰信号，通常是由突发事件引起的。
例如，电源开关的切换、电气设备的启动和停止等都可能会产生瞬态干扰。
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普通的电压表，示波器，频率计等 使用方便，用途广泛
u 相关测量 – –
锁定放大器，同步积分器，数字滤波 器等 抗干扰能力强，工作稳定，灵敏度高
2
锁定放大器的工作原理
u 1962年第一台仪器问世，发现俄歇效
两个随机过程的相关性
u 对两个信号，定义相关函数 –
应。据统计，已在几百种场合中得到应 用。在弱信号探测仪器中锁定放大器是 一个非常重要的品种。 u 信噪比可低达10-5 。BW=0.0004Hz（相当 于Q值=108）。
–
被检信号与参考信号相对稳定不动； 有稳定输出--直流 被检信号与参考信号有相对运动；有 不稳定输出--交流
u 通过阻容电路（积分器）可滤除交流，
取出直流
锁定放大器的输出
Vo=Vi cosθ
θ是检信号与参考信号的夹角
参考信号的要求
u 从以上特点可知，参考信号一定要有被
测信号中某个特定成分。 – 参考信号源同时驱动被测设备，在实 验室常用这种方法。 – 从被测信号中提取同步信号，再转为 本地的参考信号。在无线通讯中只能 用这种方法，如电视。
互相关Rxy 函数
Rxy (t ) = Lim
T ®¥
1 ò T
T /2
-T / 2
x(t ) y (t - t )dt
两个随机过程的相关性
–
随机过程的相关性
–
互相关Ryx 函数：
自相关函数：
R yx
1 (t ) = Lim ò T
T ®¥
T /2
-T / 2
y (t ) x(t - t )dt
R (t ) = Lim
V (t) R V (t) P 低通 V O(t) O ’(t)
V R(t) V ’(t) R
f
3f
5f
5
锁定放大器的改进
–
正弦化
f
6
u 50Hz的谐波
可控硅斩波，整流，电感等造成正弦 波失真或毛刺 u 电气触点的通/断 – 触点的通/断总伴随着电火花或电弧
–
开关电源 – 大功率高频振荡器 u 1/f 噪声
–
1
+7
市电
+6 50Hz 150Hz +5
检测系统的屏蔽与接地
调幅 广播 典型宽带 干扰范围 调频 广播
单位带宽的相对功率
噪声与干扰
u 瞬时的或窄带的无用信号 u 市电50Hz 或100Hz （整流等）；电台；
干扰，把由于材料或器件的物理原因产 生的扰动称为噪声。
开关通/断；高能量的脉冲电流或电压； 机械振动；太阳活动；雷电等
实验室中的典型噪声环境
u 50Hz –
实验室中的典型噪声环境
u 高频信号
电源布线，仪器内部功率单元等
噪声与干扰
微弱信号检测与锁定放大器
上海交通大学物理实验中心 杨文明
u 通常把由于材料或器件的物理原因产生
的扰动称为噪声。 u 把来自外部的原因的扰动称为干扰，有 一定的规律性，可以减少或消除。 u 锁定放大器要解决的就是如何在很强的 外部干扰环境中检测弱信号。
噪声与干扰
u 宽带的或持续的无用信号 u 通常把可以减少或消除的外部扰动称为
+4
u 噪声的引入: –
100Hz
+3 200Hz
电容性偶合：电场引起，噪声源内阻 高 电感性偶合：磁场引起，噪声源内阻 低
+2
10
–
1
0 -8 -6 -4 -2 0 +2 +4 +6 +8
频率 实验室环境的噪声与干扰分布
噪声的屏蔽
u 电容性偶合： – –
噪声的屏蔽
u 电感性偶合 – –
降低电路的阻抗， 在噪声源与信号线之间建立导电屏 障，屏障接地。例屏蔽线，铜罩壳 等。
输 出
V t 0 V t 0
外 相位 内 内部振荡 方波产生
V 0 V 0 (b) F=180 o
平
均 电压
V t 0
锁定放大器的改进
u 矢量型：两个正交的参考信号
V (t) S V (t) P 低通 V (t) O
锁定放大器的改进
u 正弦化型：参考信号正弦化，消除多窗
口
–
多基矢
VS(t)
V (t) S
T ®¥
1 ò T
T /2
-T / 2
x(t ) x(t - t )dt
u 白噪声，自相关函数=0
相关检测
相关检测
u 设有信号S(t)，通过如上图所示的功
能器件，则有：
x(t) = S (t) + n(t)
R(t ) =
1 [ S (t ) + n (t )] [ S (t - t ) + n(t - t )] dt Tò
传输窗口（参考信号：方波）
相对振幅
偶次分量的测量
u 利用锁相环产生两倍频的参考信 频率是驱动信号频率的两倍。 用锁相环产生倍频。
频率
fR
3fR
5fR
4
乘法器的工作过程
积分器工作过程
被测信号
+
100%
V
-
接差动 积分器 信号地
＞ f
低通滤波器及特性
参考信号
V
测量 信
号
被测 信号
前置 滤波器
主放
2V s 0 t
1 V
参 考 信
号
灵敏度 DC放大 乘法器 积分器 T 参考 信号
V 0
0
+ 输出
+ -
+
t
输出
V 2V s 0
经 低通 后的 输 出 (平 均 电 压 ) t (a) F=0o V t 0 V t 0 平 均 电压 V t 0 (c) F =90 o (d) 任 意 相位 平 t 均 电压 t t
= RSS (t ) + Rnn (t )
x(t -t) =S(t -t) +n(t -t)
如果参考信号是“干净”的，则只剩下第一 项。
3
相关检测的矢量解释
u 参考信号：
相关检测的矢量解释
u 检测结果(对基矢投影)： – –
可看成是基矢(正弦波)或基矢的线性组 合（非正弦波，如方波） u 检测信号： – 可看成是由多个正弦信号的线性组合 u 旋转坐标系， ωR – 检测信号绕参考信号作相对转动
减少回路面积， 用铁磁性物质包围噪声源。例如，变 压器的外壳，双绞线。
接地
u 接大地：
测量技术的分类
u 非相关测量 – –
消除电位差；消静电。 u 接信号地： – 信号的公共点，提供信号回路，减少 阻 抗 。1MHz 低 频 以 下 可采 用 一 点 接 地，10MHz以上高频可采用大面积多 点接地。还要注意区分模拟地和数字 地。