噪聲、TDMA噪聲及其抑制技術(shù)

　噪聲和TDMA噪聲

　　“噪聲”通常廣泛用于描述那些會使所需信號的純凈度產(chǎn)生失真的多余的電氣信號。一些類型的噪聲是無法避免的(例如被測信號幅值上的實際波動)，只能通過信號平均化和帶寬收縮技術(shù)來克服這類噪聲。另一種類型的噪聲(例如，射頻干擾和“接地回路”)能夠通過不同的技術(shù)來降低或者消除，包括濾波技術(shù)和仔細(xì)的接線設(shè)置以及器件位置擺放。最后，有一種噪聲，它起因于信號放大過程并能夠通過低噪聲放大器設(shè)計技術(shù)來削弱。盡管降低噪聲的技術(shù)是有效的，但總是希望從可免于噪聲干擾,并具有盡可能低的放大器噪聲的系統(tǒng)開始使用降噪技術(shù)。下面介紹的是影響電子電路的各種類型噪聲的簡單總結(jié)。

　　熱噪聲(或者Johnson噪聲或者白噪聲)與電阻中電子的熱擾動而體現(xiàn)出的溫度直接相關(guān)。在揚聲器或者麥克風(fēng)的例子中，噪聲源是空氣分子的熱運動。

　　散粒噪聲是由于從表面發(fā)射或者從結(jié)點擴散的大量帶電載流子隨機的波動而造成的。該噪聲總是與直流電流相關(guān)聯(lián)，而與溫度無關(guān)，它主要存在于雙極性晶體管中。

　　閃爍噪聲(或者是1/f噪聲或粉紅噪聲)主要是由于硅表面玷污和晶格缺陷相關(guān)的陷阱造成的。這些陷阱隨機地捕獲和釋放載流子，并具有與工藝相關(guān)的時間常數(shù), 產(chǎn)生了在能量聚集在低頻率處的噪聲信號。

　　炒爆噪聲(爆米花噪聲)的產(chǎn)生是因為重金屬離子玷污的存在，在一些集成電路和分離電阻中都會發(fā)現(xiàn)此類噪聲。在一些雙極性集成電路中，炒爆噪聲是由于發(fā)射區(qū)的太多摻雜而造成的。降低摻雜水平有可能完全消除炒爆噪聲。這是另一種類型的低頻噪聲。

　　雪崩噪聲是pn結(jié)中的齊納現(xiàn)象或者雪崩擊穿現(xiàn)象產(chǎn)生的一種噪聲類型。在雪崩擊穿發(fā)生時，反偏pn結(jié)耗盡層中的空穴和電子通過與硅原子的碰撞以獲得足夠的能量來產(chǎn)生空穴-電子對。

　　TDMA噪聲(“哼聲”)源于GSM蜂窩電話中產(chǎn)生的217Hz的頻率波形，當(dāng)它耦合至音頻路徑和傳到揚聲器、聽筒或者麥克風(fēng)時會產(chǎn)生可聽見的噪聲。下文會給出關(guān)于此類噪聲的詳細(xì)描述。

　　本應(yīng)用指南將會明確說明客戶在GSM蜂窩電話設(shè)計過程中驅(qū)動單通道揚聲器時所遇到的TDMA噪聲難題。在深入研究如何將該噪聲最小化時，將會回顧一下橋接負(fù)載(BTL)單通道放大器工作的背景說明。在下面應(yīng)用圖示中，所有的電阻都具有相等的R值(圖1)。

　　圖1. 橋接負(fù)載的單通道放大器

　　在該結(jié)構(gòu)(圖1)中，一個輸入信號VIN加到放大器A1的反相輸入端并通過增益為0dB的放大。A1的輸出連接到揚聲器的一側(cè)和放大器A2的反相輸入端，同樣經(jīng)過0dB增益放大。A2的輸出連接到揚聲器的另一端。因為A2的輸出同A1的輸出是180度反相的，A1和A2之間的最終差值VOUT，是單個放大器輸出幅值的兩倍。當(dāng)給定正弦輸入信號, 比較單端放大器，該BTL結(jié)構(gòu)有效地加倍輸出電壓，使得在相同負(fù)載下輸出功率增加為原來的四倍(圖2)。

　　圖2 橋接負(fù)載的輸出電壓
　　正如GSM蜂窩電話制造商所發(fā)現(xiàn)的，BTL單通道結(jié)構(gòu)容易受到射頻信號的干擾(RFI)。這種干擾信號直接耦合到音頻路徑，使期望波形產(chǎn)生失真，聽起來是一種“哼聲”，被稱之為TDMA噪聲。GSM蜂窩電話使用TDMA(時分多址)時隙分享技術(shù)產(chǎn)生從800MHz至900MHz或者1800MHz至1900MHz的高功率RF信號。傳輸電流可以超過1A，在通話期間的脈沖重復(fù)速率為217Hz，脈沖寬度大約為0.5ms。如果電流脈沖耦合至音頻電路中，大量的217Hz諧波信號會產(chǎn)生聽到的“哼聲”。