GHz宽带模拟噪声源设计文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：
2. 白噪声简介

白噪声（white noise）是指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。在所有频率具有相同能量密度的随机噪声称为白噪声。在实际工作中，所研究某一系统的随机过程，只要满足该过程的功率谱密度在比系统带宽大得多的频率范围内近似均匀分布这一条件，就可以把它作为白噪声来处理，而不会带来多大误差。

1. 白噪声源简介

白噪声的产生方式可以有很多种，包括电阻、黑体和场效应管、固态二极管、饱和二极管、气体放电管等制作的噪声源，它们又被划为有源噪声源和无源噪声源。

电阻作为匹配负载，是最常用的无源噪声源，在其处于恒温环境时，会产生与其物理温度的平均噪声功率相等的等效噪声温度^[1]，它具有均匀的功率谱，信号强度为微伏级，对需要小信号的场合比较适合。

数字白噪声发生器是目前研究的热门方向。数字方法通常采用计算机或者其他数字设备产生伪随机码，再通过D/A器件将序列转化为连续的白噪声信号^[2]，。数字白噪声发生器可以通过单片机、FPGA等器件进行实现，通过算法即可实现白噪声的产生，常用Tausworthe算法生成均匀分布的白噪声^[3]。G. Evans等人^[11]在芯片上实现了BIST算法，将白噪声发生器能在集成芯片上得以实现，并可以快速评估ADC性能和产生的噪声质量。伪随机序列是数字白噪声发生器的关键，由数学算法产生，常用的有m序列、Gold序列和Walsh序列。但是伪随机序列并不是真正的随机序列，仍然有一定的规律性，转化所得的白噪声的频域特性很难满足较高要求。但由于其开发简单、工作稳定且可控的特性，数字白噪声发生器的使用非常普遍^[10]。

有源噪声源常用稳压二极管进行设计，能在一定频率范围内产生白噪声的设备。

在噪声信号领域，目前应用最广泛的噪声源是带限白噪声， 这是由于其具有时间相关性小的特点。作为一个低成本的宽带信号发生器， 模拟白噪声源可以产生一个沿频率轴的非常平坦的噪声功率谱密度输出，并且它对温度和供电的变化不敏感。

1. 模拟白噪声源的原理

在双极性晶体管和半导体二极管等器件中，流动的电流不是平滑和连续的，而是各个携带着一个电子电荷的载流子的流动产生的电流脉冲之和。其原因在于这些器件中有势垒存在，而载流子通过势垒是随机发生的一系列独立事件^[4]。这就使得注入基区的载流子数目在其平均数附近发生统计起伏，从而引起注入电流的起伏。这种由于载流子各自独立而随机地通过势垒所引起的噪声，称为散粒噪声。电流强度平均值为I的一系列独立的随机电流脉冲所产生的散粒噪声电流均方值可以表示如下：

(1)

其功率谱密度为

(2)