實現(xiàn)并修改了白噪聲發(fā)生器的設(shè)計思路。級聯(lián)中的兩個低噪聲放大器（LNA）放大了在結(jié)擊穿模式下工作的反向偏置齊納二極管產(chǎn)生的噪聲，產(chǎn)生帶寬為數(shù)百兆赫茲的白噪聲。測試結(jié)果表明，使用幾個廉價的組件可以產(chǎn)生相當(dāng)寬帶的白噪聲。

白噪聲被定義為具有恒定功率譜的噪聲，可用于測量和測試寬帶通信電路。市售的白噪聲發(fā)生器通常非常昂貴。本文提出的設(shè)計理念是一種廉價的方法，可產(chǎn)生高達數(shù)百MHz的白噪聲。

這種白噪聲發(fā)生器基于齊納擊穿現(xiàn)象產(chǎn)生的雪崩噪聲。它是在反向擊穿模式下操作PN結(jié)時創(chuàng)建的。雪崩噪聲與散粒噪聲非常相似，但強度要高得多，并且具有平坦的頻譜（白色）。由于噪聲對材料的依賴性，因此很難預(yù)測噪聲的大小。

基本上，該電路有2個部分：齊納二極管和MAX2650低噪聲放大器（LNA）。二極管反向偏置，噪聲輸出從陽極獲取。MAX2650為寬帶低噪聲放大器，工作在直流至19GHz范圍內(nèi)增益為1dB。

測試結(jié)果摘要

白噪聲發(fā)生器電路由2塊板實現(xiàn)，一塊用于齊納二極管，一塊用于MAX2650 LNA。從齊納二極管陽極到LNA輸入的輸出走線設(shè)計為50Ω。LNA的輸出由Rhode&Schwarz頻譜分析儀測量。出于實際目的，在目標(biāo)頻帶內(nèi)需要-60dBm或更高的噪聲功率。

經(jīng)過幾次實驗，我得到了以下結(jié)果：

噪聲輸出功率主要由二極管的擊穿電壓決定。我使用過擊穿電壓為4V（1N749），5.1V（1N751），5.6V（1N752），7.5V（1N755）和高達12V（1N759）的齊納二極管。12V齊納產(chǎn)生的噪聲功率比15V齊納產(chǎn)生的噪聲功率至少高20~5dB。

即使使用12V齊納二極管，LNA的20dB增益也不足以產(chǎn)生高于?60dBm的噪聲功率。我們需要至少兩個級聯(lián)LNA（38~40dB增益）。

輸出噪聲功率幾乎與源電流無關(guān)。使用電位計時，進入二極管的電流可以在0mA至100mA之間變化。在此源電流范圍內(nèi)，噪聲功率在±1dB內(nèi)隨機變化。在齊納二極管擊穿現(xiàn)象中，雪崩噪聲似乎比其他噪聲源占主導(dǎo)地位，例如散粒噪聲（與電流成正比）、閃爍噪聲和熱噪聲。

輸出噪聲的頻率/功率譜在很寬的頻率范圍內(nèi)并不完全平坦。如圖2所示，從1MHz到100MHz，噪聲功率下降近10dB。這可能是因為更高頻率的組件具有更高的板載衰減。

白噪聲發(fā)生器級聯(lián)使用2個LNA，產(chǎn)生38dB~40dB增益。

電路如圖1所示，測試結(jié)果如圖2所示。在圖 2 中，底部曲線是儀器本底噪聲（當(dāng)一切關(guān)閉時測量）。底部的第二條曲線是二極管關(guān)斷時LNA輸出的噪聲。前2條曲線分別是10mA和60mA二極管電流下的噪聲輸出頻譜。

圖1.白噪聲發(fā)生器電路。

圖2.白噪聲發(fā)生器輸出頻譜。

結(jié)論

本文實現(xiàn)了白噪聲發(fā)生器的設(shè)計思路 測試結(jié)果顯示，使用幾個廉價組件會產(chǎn)生相當(dāng)寬的寬帶白噪聲。

審核編輯：郭婷