【導讀】電子工程師和技術人員習慣將噪聲視為負麵因素
，因而在元器件選擇
、dianlushejihedianlubanbujuguochengzhonghuijinxingyouhuayishixiandizaosheng。shishishang
，suijihuoweisuijizaoshengyoushihouhenyouyong。benwenjiangjinyibushuomingweishenmeyaoliyongzaoshengyijiruheliyong。

電子工程師和技術人員習慣將噪聲視為負麵因素
，因而在元器件選擇、dianlushejihedianlubanbujuguochengzhonghuijinxingyouhuayishixiandizaosheng。shishishang，suijihuoweisuijizaoshengyoushihouhenyouyong。benwenjiangjinyibushuomingweishenmeyaoliyongzaoshengyijiruheliyong。

在各種應用中，常用的隨機噪聲有兩種：白噪聲和粉紅噪聲。白噪聲具有較為平坦的頻譜
，其帶寬功率相同（測量單位為 dB）。粉紅噪聲在其帶寬內的每個頻率倍頻程上具有相同的功率（圖 1）。

圖 1：白噪聲和粉紅噪聲的頻譜比較。白噪聲的功率譜平坦


，而粉紅噪聲的功率譜每倍頻程下降 3 dB。（圖片來源：Art Pini）

粉紅噪聲因與人耳的響應相似
，因而可用於音頻測試和音響係統均衡。

房fang間jian均jun衡heng可ke調tiao整zheng音yin響xiang係xi統tong的de頻pin率lv響xiang應ying，以yi產chan生sheng與yu輸shu入ru信xin號hao完wan全quan相xiang同tong的de信xin號hao。如ru果guo將jiang粉fen紅hong噪zao聲sheng輸shu入ru音yin響xiang係xi統tong，均jun衡heng器qi會hui按an照zhao頻pin譜pu分fen析xi儀yi上shang的de測ce量liang值zhi進jin行xing調tiao整zheng後hou將jiang粉fen紅hong噪zao聲sheng輸shu出chu（圖 2）。

圖 2：利用均衡器調整房間的頻率響應，可以無損或無失真地再現輸入。（圖片來源：Art Pini）

白噪聲可用於測量頻率響應，並可作為擴頻通信的擴頻源。

下麵的示例描述了 10.7 MHz 中頻 (IF) 濾波器的頻率響應（圖 3）。

圖 3：利用寬帶白噪聲測量 10.7 MHz IF 濾波器的頻率響應。（圖片來源：Art Pini）

如ru左zuo上shang方fang網wang格ge所suo示shi，白bai噪zao聲sheng通tong過guo適shi當dang的de阻zu抗kang匹pi配pei網wang絡luo饋kui入ru濾lv波bo器qi。如ru左zuo下xia方fang網wang格ge所suo示shi，輸shu入ru噪zao聲sheng的de頻pin譜pu在zai整zheng個ge目mu標biao頻pin率lv範fan圍wei內nei是shi平ping坦tan的de。正zheng確que端duan接jie的de濾lv波bo器qi輸shu出chu如ru右you上shang方fang網wang格ge所suo示shi。該gai輸shu出chu的de幅fu度du比bi輸shu入ru小xiao，因yin為wei帶dai通tong濾lv波bo器qi衰shuai減jian了le濾lv波bo器qi帶dai寬kuan之zhi外wai的de頻pin率lv分fen量liang。濾lv波bo器qi輸shu出chu的de頻pin譜pu（如右下方網格所示）顯示，在 10.7 MHz 中心頻率下濾波器的帶寬約為 400 kHz。理論頻率響應是輸出信號與輸入信號的複比。由於輸入信號的幅度均勻，因此輸出頻譜顯示濾波器的幅度頻譜響應。

構建噪聲發生器

噪zao聲sheng發fa生sheng器qi可ke以yi基ji於yu以yi下xia三san種zhong基ji本ben技ji術shu中zhong的de任ren意yi一yi種zhong。第di一yi種zhong技ji術shu是shi使shi用yong電dian阻zu器qi中zhong產chan生sheng的de約yue翰han遜xun噪zao聲sheng。這zhe種zhong電dian子zi噪zao聲sheng由you電dian導dao體ti內nei部bu電dian子zi的de熱re擾rao動dong產chan生sheng
，任ren何he電dian壓ya下xia都dou會hui發fa生sheng這zhe種zhong熱re擾rao動dong。所suo產chan生sheng的de噪zao聲sheng本ben質zhi上shang是shi高gao斯si白bai噪zao聲sheng，必bi須xu通tong過guo一yi些xie超chao高gao增zeng益yi的de放fang大da器qi進jin行xing緩huan衝chong。

第di二er種zhong技ji術shu是shi使shi用yong反fan向xiang偏pian壓ya的de齊qi納na二er極ji管guan或huo雪xue崩beng擊ji穿chuan二er極ji管guan。這zhe種zhong噪zao聲sheng也ye是shi白bai噪zao聲sheng
，並bing且qie噪zao聲sheng級ji高gao於yu約yue翰han遜xun噪zao聲sheng，但dan仍reng然ran需xu要yao高gao增zeng益yi放fang大da器qi。

第三種技術是利用移位寄存器生成偽隨機二進製序列 (PRBS)，再使用數模轉換器 (DAC) 和濾波器將 PRBS 轉換為白噪聲。PRBS 噪聲流具有有限的重複長度。該長度可以按移位寄存器的級數來設置。信號持續時間的倒數是 PRBS 發生器可以再現的最低頻率。PRBS 發生器提供最高輸出電壓

，並且不需要高增益放大器。

PRBS 發生器可利用離散移位寄存器（參見圖 4）或可編程片上係統（例如微控製器或 FPGA）來實現。

圖 4：利用兩個離散式八路 D 型觸發器 IC 實現 16 位 PRBS 噪聲發生器。（圖片來源：Art Pini）

PRBS 發生器（參見圖 4）設計成本低，基於線性反饋移位寄存器實現，采用 onsemi 的 MC14015DG 雙 4 位靜態移位寄存器和 Texas Instruments 的 CD4070BMT 四路異或門。十六路 D 型觸發器（每個 IC 8 路）在第 14 和 15 路設有反饋抽頭，可產生 PRBS15 數據模式。反饋連接通過一個異或門進行。該數據模式長度為 32767 位
，在 500 kHz 時鍾速率下持續時間約 65 毫秒 (ms)。通過使用更多移位寄存器，並適當改變反饋抽頭，可實現更長的模式。

使用 MC14093BDR2G 施密特觸發器與非門 (IC5) 和基本的電阻電容 (RC) 網絡

，發生器在開機時初始化為“全零”狀態。時鍾由一個運行在 500 kHz 附近的簡單 CMOS 振蕩器提供。數字輸出可以從任何移位寄存器 Q 輸出中獲取。本例中使用的是 Q14。

雖然可以使用模擬濾波器，但會僅限於特定時鍾頻率。通過使用有限脈衝響應 (FIR) 低通數字濾波器，濾波器截止頻率將跟蹤時鍾頻率的任何變化。此外，FIR 濾波器可以提供非常低的截止頻率
，而這對於模擬濾波器而言，需要很大容量的電容器。FIR 濾波器組合了移位寄存器輸出的加權和。在頻域中產生矩形低通濾波器響應所需的加權是時域中的 sin(x)/x（圖 5）。

圖 5：發生器的輸出級采用來自移位寄存器輸出的 sin(x)/x 加權樣本，來實現 FIR 低通濾波器。（圖片來源：Art Pini）

加權移位寄存器輸出通過差分放大器求和，該差分放大器包含 LM324KDR 四通道運算放大器的三個部分。上電阻器組代表 sin(x)/x 加權的負值。下電阻器組代表正值。該數字濾波器頻帶將輸出限製在 500 kHz 時鍾頻率的 5% 左右（或 25 kHz）
，適用於音頻測試目的。

利用一個簡單的阻容濾波器，可以將該發生器的白噪聲輸出轉換為粉紅噪聲（圖 6）。

圖 6：這個簡單的 RC 濾波器將利用發生器的數字噪聲輸出產生粉紅噪聲。（圖片來源：Art Pini）

選擇的放大器要與預期的負載相匹配。這種類型的噪聲發生器適用於音頻測試和均衡。

總結

雖(sui)然(ran)通(tong)常(chang)需(xu)要(yao)消(xiao)除(chu)或(huo)至(zhi)少(shao)要(yao)減(jian)少(shao)噪(zao)聲(sheng)
，但(dan)合(he)適(shi)的(de)噪(zao)聲(sheng)可(ke)能(neng)會(hui)很(hen)有(you)用(yong)。歸(gui)功(gong)於(yu)噪(zao)聲(sheng)已(yi)知(zhi)的(de)頻(pin)譜(pu)功(gong)率(lv)分(fen)布(bu)，白(bai)噪(zao)聲(sheng)和(he)粉(fen)紅(hong)噪(zao)聲(sheng)是(shi)頻(pin)率(lv)響(xiang)應(ying)測(ce)試(shi)領(ling)域(yu)的(de)重(zhong)要(yao)資(zi)源(yuan)。如(ru)上(shang)所(suo)述(shu)
，使(shi)用(yong)一(yi)些(xie)現(xian)成(cheng)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)可(ke)以(yi)快(kuai)速(su)構(gou)建(jian)一(yi)個(ge)合(he)適(shi)的(de)噪(zao)聲(sheng)發(fa)生(sheng)器(qi)。

（作者：Art Pini）

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