噪声的基本知识.ppt

经理论推导g—r噪声的表达式为：式中：e为电子电荷，为平均电流，Δf为探测器的工作带宽，为光电导探测器的内增益，是载流子平均寿命τ0和渡越时间τd的比值。第23页，共59页，星期日，2025年，2月5日4．温度噪声●温度噪声主要存在于热探测器中。热探测器通过热导G与处于恒定温度的周围环境交换热能。在无辐射存在时，尽管热探测器处于某一平均温度T0，但实际上热探测器在T0附近呈现一个小的起伏，●这种温度起伏引起的热探测器输出起伏称为温度噪声。它最终限制了热探测器所探测的最小辐射能量。第24页，共59页，星期日，2025年，2月5日●理论推导，热探测器由于温度起伏引起的温度噪声功率为：式中：G为探测器的热导，k为玻尔兹曼常量，T为探测器工作温度，Δf为探测器的工作带宽。由上式可见，温度噪声功率与热导成正比，与探测器工作温度的平方成正比。第25页，共59页，星期日，2025年，2月5日5．电流噪声——1/f噪声●特点是噪声功率谱密度与频率成反比。电流噪声的均方值可用经验公式表示为：k1为比例系数，与探测器制造工艺、电极接触情况、半导体表面状态及器件尺寸有关；a为与材料有关，在0.8——1.3之间，近似取1b与流过器件的电流I有关，通常取值2；f及Δf分别为探测器工作的频率和带宽。第26页，共59页，星期日，2025年，2月5日●电流噪声主要出现在lkHz以下的低频区。工作频率大于1kHz后，与其它噪声相比，这种噪声可忽略不计。在实际使用中采用较高的调制频率可避免或大大减小电流噪声的影响。第27页，共59页，星期日，2025年，2月5日6．固定图案噪声FPN：FixedPatternNoise存在于图像传感器中。●特点：制造图像传感器时，由于工艺等的限制，传感器陈列中每个像素的性能不会完全相同引起的噪声。如：暗电流不同：图像传感器无光照时，输出一个固定的图案信号。灵敏度不同：每个像素对输入光信号的响应不同。CCDCMOSFPA第28页，共59页，星期日，2025年，2月5日1.3噪声源的关联与叠加●不相关：当噪声电压、噪声电流彼此独立地产生，且各瞬时值之间没有关系时，则称它们是不相关联的，简称不相关；●相关：若各瞬时值之间有某种关系存在，则称它们为相关。两个频率相同，相位一致的正弦波是完全相关的例子。噪声的关联第29页，共59页，星期日，2025年，2月5日●设有两个噪声电压E1、E2，则其均方合成电压的一般表示式为:其中r为相关系数，取值为：-1≤r≤1。下面分四种情况讨论：（1）当r=0时，表示两噪声电压不相关，则均方合成电压：即不相关噪声电压的合成应当是均方值相加，或功率相加，而不能线性相加。第30页，共59页，星期日，2025年，2月5日（2）当r=1时，表示两噪声电压完全相关，则：即完全相关，噪声电压的合成应当是瞬时值或均方根值的线性相加，例如：同频同相的正弦波。（3）当r=-1时，表示两噪声电压完全相关，但相位相反，则即相位相反的相关噪声电压的合成是其瞬时值或均方根值的线性相减，例如：同频、反相的正弦波。（4）当r取其它值时，表示两噪声电压部分相关。第31页，共59页，星期日，2025年，2月5日1.4多个噪声源的计算每一噪声都包含很多的频率分量，而每一频率分量的振幅及相位都是随机分布的。●两个独立的噪声电压发生器（不相关，相关系数r=0）串联时，根据能量守恒原理，总输出功率等于各个噪声源单独作用时的功率之和。●因此，总均方噪声电压等于各噪声源均方噪声电压之和。这一原则可以推广到独立的噪声电流源的并联。第32页，共59页，星期日，2025年，2月5日E1E2E1和E2为互不相关的两噪声电压源，串联时得到的总噪声电压为Eeq：●两个噪声电阻串联时，可将每个噪声电阻化为一个噪声电压发生器与一个无噪声电阻相串联的电路，等效噪声电路的电压可以用上式计算，而且等效电阻Req为：E1R1(无噪声)R2(无噪声)E2EeqReq(无噪声)噪声电压的串联:第33页，共59页，星期日，2025年，2月5日●电路的等效电阻，并联电路，等效电阻为:R1(无噪声)R2