实现并修改了白噪声发生器的设计思路。级联中的两个低噪声放大器(lna)放大了在结击穿模式下工作的反向偏置齐纳二极管产生的噪声,产生带宽为数百兆赫兹的白噪声。测试结果表明,使用几个廉价的组件可以产生相当宽带的白噪声。
白噪声被定义为具有恒定功率谱的噪声,可用于测量和测试宽带通信电路。市售的白噪声发生器通常非常昂贵。本文提出的设计理念是一种廉价的方法,可产生高达数百mhz的白噪声。
这种白噪声发生器基于齐纳击穿现象产生的雪崩噪声。它是在反向击穿模式下操作pn结时创建的。雪崩噪声与散粒噪声非常相似,但强度要高得多,并且具有平坦的频谱(白色)。由于噪声对材料的依赖性,因此很难预测噪声的大小。
基本上,该电路有2个部分:齐纳二极管和max2650低噪声放大器(lna)。二极管反向偏置,噪声输出从阳极获取。max2650为宽带低噪声放大器,工作在直流至19ghz范围内增益为1db。
测试结果摘要
白噪声发生器电路由2块板实现,一块用于齐纳二极管,一块用于max2650 lna。从齐纳二极管阳极到lna输入的输出走线设计为50ω。lna的输出由rhode&schwarz频谱分析仪测量。出于实际目的,在目标频带内需要-60dbm或更高的噪声功率。
经过几次实验,我得到了以下结果:
噪声输出功率主要由二极管的击穿电压决定。我使用过击穿电压为4v(1n749),5.1v(1n751),5.6v(1n752),7.5v(1n755)和高达12v(1n759)的齐纳二极管。12v齐纳产生的噪声功率比15v齐纳产生的噪声功率至少高20~5db。
即使使用12v齐纳二极管,lna的20db增益也不足以产生高于−60dbm的噪声功率。我们需要至少两个级联lna(38~40db增益)。
输出噪声功率几乎与源电流无关。使用电位计时,进入二极管的电流可以在0ma至100ma之间变化。在此源电流范围内,噪声功率在±1db内随机变化。在齐纳二极管击穿现象中,雪崩噪声似乎比其他噪声源占主导地位,例如散粒噪声(与电流成正比)、闪烁噪声和热噪声。
输出噪声的频率/功率谱在很宽的频率范围内并不完全平坦。如图2所示,从1mhz到100mhz,噪声功率下降近10db。这可能是因为更高频率的组件具有更高的板载衰减。
白噪声发生器级联使用2个lna,产生38db~40db增益。
电路如图1所示,测试结果如图2所示。在图 2 中,底部曲线是仪器本底噪声(当一切关闭时测量)。底部的第二条曲线是二极管关断时lna输出的噪声。前2条曲线分别是10ma和60ma二极管电流下的噪声输出频谱。
图1.白噪声发生器电路。
图2.白噪声发生器输出频谱。
结论
本文实现了白噪声发生器的设计思路 测试结果显示,使用几个廉价组件会产生相当宽的宽带白噪声。
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