我們的設(shè)計(jì)中噪音克星是什么樣的？

對(duì)于大多數(shù)電子電路的設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，噪聲是一個(gè)無(wú)所不在的挑戰(zhàn)，對(duì)模擬電路來(lái)說(shuō)尤其如此。當(dāng)然，我們可以從相反的角度看待它并提出相反的觀點(diǎn)：沒(méi)有噪音，許多設(shè)計(jì)將更容易實(shí)現(xiàn)，并且需要更少的經(jīng)驗(yàn)豐富、熟練的工程師(所以也許工程師應(yīng)該停止抱怨它?)。

無(wú)論我們處于噪音愛恨關(guān)系譜的哪個(gè)位置，重要的是要記住這個(gè)簡(jiǎn)單的詞實(shí)際上代表了許多不同的形式。我們可以根據(jù)噪聲的來(lái)源或特征對(duì)噪聲進(jìn)行分類：在前一組中，我們有電機(jī)噪聲、大氣噪聲、熱噪聲、內(nèi)部噪聲和外部噪聲，舉幾個(gè)重疊的例子;在后一組中，有白噪聲、粉紅噪聲、脈沖噪聲、窄帶噪聲、非加性噪聲等等。如有疑問(wèn)，我們甚至可以引用 EMI/RFI，這是一個(gè)粗略的噪聲標(biāo)簽，可以采取多種形式。

為什么要考慮噪音?計(jì)劃如何處理它然后執(zhí)行這些計(jì)劃通常會(huì)占用大量的設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)間。它通常需要在模擬域中完成屏蔽、濾波、削波和消隱等技術(shù)的混合，以及在數(shù)字域中實(shí)現(xiàn)的各種降噪算法，這些算法可能會(huì)占用相當(dāng)多的時(shí)間。大量處理器的資源(加上前期編程時(shí)間)。

這就是為什么我們事先對(duì)噪聲源和類型了解得越多，就越能更好地管理它。假設(shè)它是 AWGN(加性高斯白噪聲)很容易和簡(jiǎn)單化，但這通常不是現(xiàn)實(shí)。那么為什么要假設(shè)白噪聲呢?首先，有很多工具、技術(shù)和技巧可以處理它，所以這肯定是一個(gè)誘人的假設(shè)。但是，當(dāng)噪聲確實(shí)具有脈沖特性或由附近的發(fā)射器引起時(shí)，設(shè)計(jì)一種產(chǎn)品來(lái)處理白噪聲可能是一個(gè)很大的錯(cuò)誤。

在他的經(jīng)典著作檢測(cè)、估計(jì)和調(diào)制理論中，Harry L. Van Trees 強(qiáng)調(diào)了信號(hào)解調(diào)和處理中存在一系列挑戰(zhàn)。最簡(jiǎn)單的情況是已知噪聲中的已知信號(hào)，例如帶有白噪聲的 AM 無(wú)線電廣播信號(hào);中間是已知信號(hào)/未知噪聲和未知信號(hào)/已知噪聲(其中“未知”信號(hào)是一種事先對(duì)其格式、調(diào)制或其他特性知之甚少的信號(hào));而最難的是未知噪聲中的未知信號(hào)，例如星系際發(fā)射。

大多數(shù)工程師都有他們尊重的噪音類型，甚至可能最害怕它帶來(lái)的挑戰(zhàn)，或者他們最喜歡談?wù)摰脑胍纛愋?。我的最愛之一是循環(huán)平穩(wěn)噪聲，它是白噪聲，但具有周期性且具有定義周期的平均值。它實(shí)際上是一種相當(dāng)常見的噪聲類型，見于電機(jī)軸承或非固定雷達(dá)天線的物理旋轉(zhuǎn)(并非所有雷達(dá)都使用相控陣拓?fù)?、射電天文學(xué)(隨著地球旋轉(zhuǎn))或電子元件(例如在某些振蕩器和 PLL 中)。一方面，循環(huán)平穩(wěn)噪聲類似于 AWG，在時(shí)域和頻域中最容易分析;另一方面，循環(huán)特性意味著它比 AWGN 更復(fù)雜，任何降噪方案都必須是動(dòng)態(tài)的，甚至可能是同步的。具有任意 PSD 的平穩(wěn)噪聲由周期信號(hào)調(diào)制。這在使用調(diào)制噪聲源和調(diào)制信號(hào)路徑生成循環(huán)平穩(wěn)噪聲的兩種方式中都具有代表性。

一個(gè)好的工程師不會(huì)害怕噪音，而是會(huì)擁抱它并與它成為“一體”，因?yàn)槌颂幚硭⒖朔鈩e無(wú)選擇。套用一句俗話說(shuō)：你可以逃避它，但你的設(shè)計(jì)無(wú)法躲避它。

我們處理過(guò)哪些噪音類型?什么噪音給你帶來(lái)了最大的困難?你遇到的最意想不到的噪音是什么?