噪聲的產(chǎn)生機(jī)理和來源
噪聲廣泛存在于自然界，上節(jié)揭示了噪聲的本質(zhì)，噪聲按照噪聲攜帶能量的強(qiáng)弱分為功率型噪聲和信號(hào)型噪聲，功率型噪聲持續(xù)時(shí)間短，能量強(qiáng)，對(duì)設(shè)備的壽命具有很大的影響，而信號(hào)型噪聲顧名思義來源于信號(hào)且作用于信號(hào)，本節(jié)簡(jiǎn)述噪聲的產(chǎn)生機(jī)理和來源。
圖1：噪聲的分類
01 功率型噪聲的產(chǎn)生
①靜電
靜電是不同物理性質(zhì)的物體表面積聚的電荷發(fā)生短時(shí)間轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，靜電的特征是持續(xù)時(shí)間端，脈沖高，不加防護(hù)策略的話容易損壞后繼器件，并且對(duì)數(shù)字信號(hào)也會(huì)造成瞬間的干擾。
②浪涌
浪涌出現(xiàn)在電源網(wǎng)絡(luò)中，浪涌波持續(xù)時(shí)間相對(duì)于靜電長(zhǎng)，但峰值較低，整體能量高于靜電，電源線中的浪涌如果不加消解，會(huì)直接損壞受電器件。
③波動(dòng)
波動(dòng)也是出現(xiàn)在電源網(wǎng)絡(luò)中，波動(dòng)一部分是源端不穩(wěn)，一部分是負(fù)載端變化過大，波動(dòng)的危害小于浪涌，在一定范圍內(nèi)不會(huì)有影響，波動(dòng)超過一定閾值，就有風(fēng)險(xiǎn)，縮短用電器件的壽命。
④開關(guān)噪聲
DC-DC是開關(guān)型器件，所以DC-DC供電中雜帶的噪聲也歸結(jié)為開關(guān)噪聲，來源在于開關(guān)節(jié)點(diǎn)的高頻率切換產(chǎn)生高頻信號(hào)，該信號(hào)一部分輻射出去，一部分跟隨電源線傳輸進(jìn)后級(jí)。
02 信號(hào)型噪聲的產(chǎn)生
①高速數(shù)字IC
CMOS電路簡(jiǎn)化模型主要應(yīng)用于數(shù)字IC，如圖2所示。驅(qū)動(dòng)器側(cè)的CMOS晶體管的工作用開關(guān)簡(jiǎn)化表示，接收器側(cè)的CMOS晶體管柵電容用接地電容器表示。數(shù)字IC通過控制驅(qū)動(dòng)器側(cè)的與信號(hào)線相連接的開關(guān)，將其切換至電源側(cè)VDD或接地側(cè)GND，可將信號(hào)輸出電平設(shè)置為1或者0。
圖2：數(shù)字IC簡(jiǎn)化模型
正常情況下，如果CMOS數(shù)字電路電源信號(hào)電平不改變，幾乎沒有電流流過。然而，如果柵電容充電電流（信號(hào)電平從0切換至1時(shí)）和放電電流（當(dāng)信號(hào)電平從1切換至0時(shí)）通過信號(hào)線，如圖2-2所示，電流就會(huì)流過電源處和接地處。當(dāng)信號(hào)切換時(shí)，除了此電流，還有所謂的直通電流會(huì)從驅(qū)動(dòng)器電源處流向接地處，直通電流也成為脈動(dòng)電流流經(jīng)電源處和接地處。
由于這類電流跳動(dòng)非常劇烈，包括很多頻率元件，因此當(dāng)能量向外輻射時(shí)，就會(huì)造成噪聲故障。此外，由于電流急劇變化造成電源電壓變化（電源和接地模式電感），會(huì)造成共用同一電源的外圍電路運(yùn)行不穩(wěn)定（地彈）。
②振鈴
圖3：振鈴影響頻譜的構(gòu)成
振鈴會(huì)產(chǎn)生更多高頻率的噪聲，如圖2-3所示，在頻譜上體現(xiàn)為頻率范圍拓寬，幅度增強(qiáng)。
③反射
如果信號(hào)沿互連線傳播時(shí)，所受到的瞬態(tài)阻抗（線末端或者是互連線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變的地方，例如拐角，過孔，T型結(jié)構(gòu)，接插件等處）發(fā)生變化，則一部分信號(hào)將被反射回源端，另一部分發(fā)生失真并繼續(xù)傳播，這正是單一網(wǎng)絡(luò)中多數(shù)信號(hào)完整性問題產(chǎn)生的主要原因，所以反射這一概念已經(jīng)是信號(hào)完整性的范疇，但反射也會(huì)增加噪聲。
圖4：反射增加噪聲原理
03 小結(jié)
圖5：噪聲和相應(yīng)對(duì)策
功率型噪聲不僅會(huì)影響器件的壽命，還會(huì)影響系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)和射頻信號(hào)，比如雷雨天氣花屏，通話有噪音，靜電觸摸閃屏等等，而信號(hào)型噪聲只對(duì)信號(hào)質(zhì)量有影響，不會(huì)損害器件的壽命。在處理系統(tǒng)的噪聲問題時(shí)，首先就需要判斷噪聲的類型，然后根據(jù)噪聲的類型判斷其來源和產(chǎn)生原因，最后再制定相應(yīng)靜噪策略。
