构建低成本白噪声发生器

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。

审核编辑：郭婷