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ZHCAEZ6 February 2025 LMX1205

3.2 High Slew rate 轉(zhuǎn)換率對(duì)閃爍噪聲和本底噪聲的影響

可將固有器件噪聲（RMS 電壓噪聲）視為一個(gè)常量，在較高轉(zhuǎn)換率下，由此產(chǎn)生的抖動(dòng)較低，如以下公式所示：

方程式 6.

R M S J i t t e r = \frac{R M S V o l t a g e N o i s e}{S l e w R a t e}

如果輸入緩沖器的噪聲占優(yōu)，并且增加轉(zhuǎn)換率（同時(shí)保持頻率恒定）可產(chǎn)生明顯改善，則稱為相位噪聲受到轉(zhuǎn)換率限制。在某些時(shí)候，來(lái)自器件其他部分的相位噪聲占優(yōu)，稱為相位噪聲不受轉(zhuǎn)換率限制。此時(shí)，增加轉(zhuǎn)換率會(huì)帶來(lái)收益遞減，例如，轉(zhuǎn)換率加倍時(shí)，收益僅為 0.1dB。

表 3-1 展示了閃爍噪聲和本底噪聲隨輸出頻率和轉(zhuǎn)換率變化的基本趨勢(shì)?？傁辔辉肼暿鞘苻D(zhuǎn)換率限制和不受轉(zhuǎn)換率限制的相位噪聲源的總和。有關(guān)此表的推導(dǎo)，請(qǐng)參閱節(jié) 8。

表 3-1 轉(zhuǎn)換率和載波頻率對(duì)閃爍噪聲和本底噪聲的影響

噪聲類型	受轉(zhuǎn)換率限制	不受轉(zhuǎn)換率限制
閃爍噪聲	方程式 7. $P N \propto 20 \times \log ? (f) - 20 \times \log ? (S R)$	方程式 8. $P N \propto 20 \times \log ? (f)$
本底噪聲	方程式 9. $P N \propto 10 \times \log ? (f) - 20 \times \log ? (S R)$	方程式 10. $P N \propto 10 \times \log ? (f)$

對(duì)于正弦波或削波正弦波，轉(zhuǎn)換率與頻率成正比。將此假定應(yīng)用于表 3-1 可得出表 3-2。一個(gè)觀察結(jié)果是，當(dāng)頻率較高時(shí)，器件往往不受轉(zhuǎn)換率限制，且閃爍噪聲隨頻率增加，增加速度高于本底噪聲。因此，在高頻率 (>10GHz) 下，閃爍噪聲是緩沖器的一項(xiàng)重要考慮因素。

表 3-2 正弦波情況下的閃爍噪聲和本底噪聲趨勢(shì)

噪聲類型	受轉(zhuǎn)換率限制	不受轉(zhuǎn)換率限制
閃爍噪聲	方程式 11. $P N = c o n s t a n t$	方程式 12. $P N \propto 20 \times \log ? (f)$
本底噪聲	方程式 13. $P N \propto - 10 \times \log ? (f)$	方程式 14. $P N \propto 10 \times \log ? (f)$

表 3-3 中的數(shù)據(jù)取自德州儀器 (TI) LMK00301 中的圖表，該圖表演示了受轉(zhuǎn)換率限制的本底噪聲的行為。正如預(yù)測(cè)的那樣，在保持轉(zhuǎn)換率恒定的同時(shí)將頻率提高至四倍會(huì)使本底噪聲降低約 6dB。在保持頻率恒定的同時(shí)，將轉(zhuǎn)換率加倍會(huì)使本底噪聲提高 6dB。

表 3-3 LMK00301 本底噪聲隨轉(zhuǎn)換率和頻率的變化

轉(zhuǎn)換率 (V/μs)	f = 156.26MHz	f = 625MHz
1	-148	-143.5
1.5	-152	-145.5
2	-154.5	-149
2.5	-156	-150.5

圖 3-2 給出了一個(gè)假設(shè)示例，通過(guò)假設(shè)采用恒定振幅的無(wú)噪聲正弦波輸入時(shí)鐘，展示了輸入緩沖器噪聲的一般趨勢(shì)。閃爍噪聲最初相對(duì)于時(shí)鐘頻率保持恒定，因?yàn)樵肼暿苻D(zhuǎn)換率限制這一事實(shí)抵消了頻率增加的一般趨勢(shì)。由于閃爍噪聲不受轉(zhuǎn)換率限制，因此在約 100MHz 之后，閃爍噪聲會(huì)增加。本底噪聲在較低頻率下受轉(zhuǎn)換率限制，因此隨著頻率的增加，本底噪聲在一段時(shí)間內(nèi)會(huì)提高。在 40MHz 左右，轉(zhuǎn)換率足夠，本底噪聲開始隨頻率降低。

圖 3-2 閃爍噪聲和本底噪聲隨頻率的變化趨勢(shì)

圖 3-3 顯示了摘自德州儀器 (TI) LMX1214 高頻分頻器緩沖器的本底噪聲數(shù)據(jù)，并展示了本底噪聲的一般碗形趨勢(shì)，類似于圖 3-2。

圖 3-3 LMX1214 本底噪聲趨勢(shì)與頻率間的關(guān)系

表 3-4 可以通過(guò)假定頻率恒定、功率不斷變化并利用方程式 5 應(yīng)用表 3-1 來(lái)推導(dǎo)得出。這表明在該情況下，閃爍噪聲和本底噪聲均以相同方式受到輸入功率的影響。圖 3-4 以相位噪聲下降角度展示了這一點(diǎn)。

表 3-4 假定轉(zhuǎn)換率與頻率成正比時(shí)的閃爍噪聲和本底噪聲

噪聲類型	受轉(zhuǎn)換率限制	不受轉(zhuǎn)換率限制
閃爍噪聲	方程式 15. $P N \propto - p$	方程式 16. $P N = c o n s t a n t$
本底噪聲	方程式 17. $P N \propto - p$	方程式 18. $P N = c o n s t a n t$

圖 3-4 相位噪聲下降隨轉(zhuǎn)換率的變化