Θόρυβος Τρεμοπαίγματος: Εργασία, Εξάλειψη, Διαφορές & Εφαρμογές του

Υπάρχουν διάφορες πηγές θορύβου σε ένα op-amp ( τελεστικος ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ) αλλά η πιο μυστηριώδης πηγή θορύβου είναι ο θόρυβος τρεμούλιασης. Αυτό προκαλείται από ανωμαλίες στη λωρίδα αγωγιμότητας και θόρυβο λόγω των ρευμάτων πόλωσης στα τρανζίστορ. Αυτός ο θόρυβος ενισχύεται αντιστρόφως μέσω της συχνότητας, επομένως ονομάζεται συχνά θόρυβος 1/f. Αυτός ο θόρυβος εξακολουθεί να υπάρχει σε υψηλότερες συχνότητες. Ωστόσο, άλλες πηγές θορύβου στο op-amp αρχίζουν να ελέγχουν, αντιτιθέμενες στα εφέ θορύβου 1/f. Αυτός ο θόρυβος θα επηρεάσει όλα τα ηλεκτρονικά όπως λειτουργικά ενισχυτές αλλά, αυτή η πηγή θορύβου δεν έχει περιορισμούς στα συστήματα απόκτησης δεδομένων χαμηλής συχνότητας. Προκειμένου να παρέχεται η καλύτερη απόδοση συνεχούς ρεύματος, όπως η μετατόπιση χαμηλής μετατόπισης και η χαμηλή αρχική μετατόπιση, οι ενισχυτές μηδενικής μετατόπισης έχουν επίσης το πρόσθετο πλεονέκτημα για την εξάλειψη του θορύβου τρεμούλιασης, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για εφαρμογές χαμηλής συχνότητας. Αυτό το άρθρο εξετάζει μια επισκόπηση του θόρυβος τρεμοπαίζει – την εργασία και τις εφαρμογές της.

Τι είναι το Flicker Noise/Flicker Noise Definition;

Ο θόρυβος τρεμοπαίζει ή θόρυβος 1/f είναι ένας τύπος ηλεκτρονικού θορύβου που εμφανίζεται απλώς σε όλες σχεδόν τις ηλεκτρονικές συσκευές και μπορεί να έχει διάφορα άλλα αποτελέσματα όπως ακαθαρσίες σε ένα αγώγιμο κανάλι, θόρυβο δημιουργίας και ανασυνδυασμού μέσα σε ένα τρανζίστορ λόγω του ρεύματος βάσης. Αυτός ο θόρυβος ονομάζεται συχνά ροζ θόρυβος ή θόρυβος 1/f. Αυτός ο θόρυβος εμφανίζεται κυρίως σε όλες τις ηλεκτρονικές συσκευές και έχει διαφορετικές αιτίες, αν και αυτές γενικά σχετίζονται με τη ροή συνεχούς ρεύματος. Είναι σημαντικό σε πολλά ηλεκτρονικά πεδία και είναι σημαντικό σε ταλαντωτές που χρησιμοποιούνται ως πηγές ραδιοσυχνοτήτων.

Αυτός ο θόρυβος είναι επίσης γνωστός ως θόρυβος χαμηλής συχνότητας επειδή η φασματική πυκνότητα ισχύος αυτού του θορύβου θα αυξηθεί όταν αυξηθεί η συχνότητα. Αυτός ο θόρυβος μπορεί να παρατηρηθεί κανονικά κάτω από μερικά KHz. Το εύρος ζώνης θορύβου τρεμοπαίσματος κυμαίνεται από 10 MHz έως 10 Hz.

Εξίσωση θορύβου τρεμούλιασμα

Ο θόρυβος τρεμοπαίζει απλά σχεδόν σε όλα τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Αυτός ο θόρυβος λοιπόν αναφέρεται σε σχέση με συσκευές ημιαγωγών όπως τρανζίστορ και ειδικότερα MOSFET συσκευές. Αυτός ο θόρυβος μπορεί να εκφραστεί ως

S(f) = K/f

Αρχή λειτουργίας θορύβου τρεμούλιασμα

Ο θόρυβος τρεμοπαίζει αυξάνοντας το συνολικό επίπεδο θορύβου πάνω από το επίπεδο θερμικού θορύβου, το οποίο υπάρχει σε όλες τις αντιστάσεις. Αυτός ο θόρυβος βρίσκεται απλά στο παχύ φιλμ και αντιστάσεις με σύνθεση άνθρακα , όπου κι αν είναι γνωστός ως υπερβολικός θόρυβος, Αντίθετα, οι αντιστάσεις με σύρμα έχουν το λιγότερο θόρυβο τρεμοπαίσματος.

Αυτός ο θόρυβος μπορεί να προκληθεί από φορείς φορτίου που παγιδεύονται και απελευθερώνονται τυχαία μεταξύ των διεπαφών δύο υλικών. Έτσι αυτό το φαινόμενο συμβαίνει συνήθως σε ημιαγωγούς που χρησιμοποιούνται σε ενισχυτές οργάνων για την εγγραφή ηλεκτρικών σημάτων.

Αυτός ο θόρυβος είναι απλώς ανάλογος με το αντίθετο της συχνότητας. Σε πολλές εφαρμογές όπως οι ταλαντωτές RF, υπάρχουν πολλές περιοχές όπου κυριαρχεί ο θόρυβος και άλλες περιοχές όπου κυριαρχεί ο λευκός θόρυβος από πηγές όπως ο θόρυβος βολής και ο θερμικός θόρυβος. Γενικά, αυτός ο θόρυβος στις χαμηλές συχνότητες κυριαρχεί σε ένα σωστά σχεδιασμένο σύστημα.

Εξάλειψη θορύβου 1/F

Γενικά, το τεμαχισμό ή Ελικόπτερο Η τεχνική σταθεροποίησης χρησιμοποιείται για τη μείωση της τάσης μετατόπισης του ενισχυτή. Όμως, εφόσον ο θόρυβος τρεμοπαίζει κοντά στο θόρυβο χαμηλής συχνότητας συνεχούς ρεύματος, τότε μειώνεται επίσης αποτελεσματικά με τη χρήση αυτής της τεχνικής. Αυτή η τεχνική λειτουργεί απλώς κόβοντας ή εναλλάσσοντας τα σήματα i/p στο στάδιο i/p και μετά πάλι κόβοντας τα σήματα στο στάδιο o/p. Άρα αυτό ισούται με διαμόρφωση με τετράγωνο κύμα.

Στο παραπάνω μπλοκ διάγραμμα ADA4522, το σήμα i/p μπορεί απλά να διαμορφωθεί στη συχνότητα κοπής στο CHOP _ΣΕ στάδιο. Το σήμα i/p στο CHOP _ΕΞΩ Το στάδιο αποδιαμορφώνεται ξανά στην αρχική του συχνότητα και ταυτόχρονα, ο θόρυβος τρεμούλιασης και η μετατόπιση του σταδίου i/p του ενισχυτή απλώς διαμορφώνονται στη συχνότητα κοπής.

Εκτός από τη μείωση της αρχικής τάσης μετατόπισης, η αλλαγή εντός της τάσης μετατόπισης και κοινής λειτουργίας μειώνεται, γεγονός που παρέχει πολύ καλή γραμμικότητα DC και υψηλό CMRR (αναλογία απόρριψης κοινής λειτουργίας). Η κοπή μειώνει επίσης τη μετατόπιση τάσης και τη θερμοκρασία μετατόπισης, γι' αυτόν τον λόγο, ο ενισχυτής που χρησιμοποιεί κοπή ονομάζονται συχνά ενισχυτές μηδενικής μετατόπισης. Εδώ, ένα κύριο πράγμα που πρέπει να λάβουμε υπόψη μας είναι ότι οι ενισχυτές μηδενικής μετατόπισης αφαιρούν μόνο τον θόρυβο τρεμοπαίσματος του ενισχυτή. Οποιοσδήποτε θόρυβος τρεμοπαίζει από διάφορες πηγές όπως ο αισθητήρας θα περάσει αμετάβλητος.

Η αντιστάθμιση που χρησιμοποιείται για την κοπή είναι ότι ρυθμίζει τα τεχνουργήματα εναλλαγής στην έξοδο και ενισχύει το ρεύμα πόλωσης εισόδου. Στην έξοδο του ενισχυτή, οι κυματισμοί και οι δυσλειτουργίες είναι ορατές μόλις προβληθούν σε παλμογράφο και οι αιχμές θορύβου είναι ορατές στη φασματική πυκνότητα του θορύβου όταν προβάλλονται με έναν αναλυτή φάσματος. Από αναλογικές συσκευές, οι νεότεροι ενισχυτές μηδενικής μετατόπισης, όπως η οικογένεια ενισχυτών μηδενικής μετατόπισης ADA4522, χρησιμοποιούν ένα κατοχυρωμένο με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας μετατόπιση και ένα κύκλωμα βρόχου διόρθωσης κυματισμού για τη μείωση των τεχνουργημάτων μεταγωγής.

Η κοπή χρησιμοποιείται επίσης για ADC και ενισχυτές οργάνων . Η κοπή χρησιμοποιείται για την εξάλειψη αυτού του θορύβου σε διάφορες συσκευές όπως ο AD8237 true rail-to-rail, AD7124-4 χαμηλού θορύβου & χαμηλής ισχύος, μηδενικός ενισχυτής οργάνων, 24-bit Σ-Δ ADC, 32-bit Σ-Δ ADC , AD7177-2 εξαιρετικά χαμηλό θόρυβο κ.λπ.

Ένα βασικό μειονέκτημα της χρήσης διαμόρφωσης τετραγωνικών κυμάτων είναι ότι αυτά τα κύματα έχουν διάφορες αρμονικές. Έτσι, ο θόρυβος σε κάθε αρμονική θα αποδιαμορφωθεί σε dc back. Αντί αυτού, εάν χρησιμοποιήσουμε διαμόρφωση ημιτονοειδούς κύματος, τότε αυτό είναι πολύ λιγότερο ευάλωτο στο θόρυβο και μπορεί να βελτιώσει εξαιρετικά μικρά σήματα στον μεγάλο θόρυβο, διαφορετικά την παρουσία παρεμβολών. Έτσι, αυτή η προσέγγιση χρησιμοποιείται μέσω ενισχυτών κλειδώματος.

Διαφορά μεταξύ θερμικού θορύβου και θορύβου τρεμοπαίζει

Η διαφορά μεταξύ θερμικού θορύβου και θορύβου τρεμούλιασης συζητείται παρακάτω.

Τι είναι το Flicker Noise στο MOSFET;

Τα MOSFET έχουν υψηλή συχνότητα αποκοπής (fc) όπως η περιοχή GHz ενώ BJTs Τα & JFET έχουν χαμηλότερη συχνότητα αποκοπής όπως 1 kHz. Γενικά, τα JFET σε χαμηλές συχνότητες παρουσιάζουν περισσότερο θόρυβο σε σύγκριση με τα BJT και μπορούν να έχουν υψηλό «fc» όπως αρκετά kHz και δεν προτιμώνται για θόρυβο τρεμούλιασμα.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

ο πλεονεκτήματα θορύβου τρεμούλιασμα περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Είναι ένας θόρυβος χαμηλής συχνότητας, επομένως, εάν η συχνότητα αυξηθεί, τότε αυτός ο θόρυβος θα μειωθεί.
• Είναι ένας εγγενής θόρυβος μέσα σε συσκευές ημιαγωγών που σχετίζεται με τη διαδικασία κατασκευής και τη φυσική των συσκευών.
• Τα αποτελέσματα παρατηρούνται συνήθως σε χαμηλές συχνότητες εντός ηλεκτρονικών εξαρτημάτων.

ο μειονεκτήματα θορύβου τρεμούλιασμα περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Σε οποιαδήποτε αλυσίδα σήματος DC ακριβείας, αυτός ο θόρυβος μπορεί να περιορίσει την απόδοση.
• Το συνολικό επίπεδο θορύβου μπορεί να αυξηθεί σε σχέση με το επίπεδο θερμικού θορύβου σε όλους τους τύπους αντιστάσεων.
• Εξαρτάται από τη συχνότητα.

Εφαρμογές

ο εφαρμογές θορύβου τρεμούλιασμα ε περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Αυτός ο θόρυβος βρίσκεται σε ορισμένες παθητικές συσκευές και όλα τα ενεργά ηλεκτρονικά εξαρτήματα.
• Αυτό το φαινόμενο συνήθως εμφανίζεται σε ημιαγωγούς που χρησιμοποιούνται κυρίως για την εγγραφή ηλεκτρικών σημάτων σε ενισχυτές οργάνων.
• Αυτός ο θόρυβος στα BJT καθορίζει τους περιορισμούς ενίσχυσης της συσκευής.
• Αυτός ο θόρυβος εμφανίζεται σε αντιστάσεις σύνθεσης άνθρακα.
• Γενικά, αυτός ο θόρυβος εμφανίζεται σε ενεργές συσκευές επειδή η φόρτιση έχει τυχαία συμπεριφορά.

Q). Γιατί ο θόρυβος που τρεμοπαίζει θεωρείται ροζ;

Ο ροζ θόρυβος ονομάζεται επίσης θόρυβος τρεμοπαίσματος επειδή η φασματική πυκνότητα ισχύος του μειώνεται κατά 3 dB ανά οκτάβα. Έτσι, η ισχύς της ζώνης ροζ θορύβου είναι αντιστρόφως ανάλογη της συχνότητας. Όταν η συχνότητα είναι μεγαλύτερη, τότε η ισχύς είναι χαμηλότερη.

Ε), Πώς μπορώ να απαλλαγώ από τον θόρυβο που τρεμοπαίζει;

Αυτός ο θόρυβος μπορεί να μειωθεί αποτελεσματικά μέσω μιας τεχνικής σταθεροποίησης κόφτη όπου η τάση μετατόπισης του ενισχυτή μειώνεται.

Q). Πώς μετριέται ο θόρυβος τρεμοπαίζει;

Η μέτρηση θορύβου τρεμούλιασης σε ρεύμα ή τάση μπορεί να γίνει παρόμοια με άλλα είδη μέτρησης θορύβου. Το όργανο ανάλυσης φάσματος δειγματοληψίας λαμβάνει ένα δείγμα πεπερασμένου χρόνου από το θόρυβο και υπολογίζει τον μετασχηματισμό Fourier μέσω του αλγόριθμου FFT. Αυτά τα όργανα δεν λειτουργούν σε χαμηλές συχνότητες για να μετρήσουν πλήρως αυτόν τον θόρυβο. Έτσι, τα όργανα δειγματοληψίας είναι ευρυζωνικά και έχουν υψηλό θόρυβο. Αυτά μπορούν να μειώσουν τον θόρυβο χρησιμοποιώντας πολλαπλά ίχνη δειγμάτων και λαμβάνοντας τον μέσο όρο τους. Τα συμβατικά όργανα αναλυτών φάσματος εξακολουθούν να έχουν ανώτερο SNR λόγω της απόκτησής τους στενής ζώνης.

Έτσι, αυτό είναι μια επισκόπηση του θορύβου τρεμοπαίζει – εργασία με εφαρμογές. Τα χαρακτηριστικά του θορύβου τρεμούλιασης είναι: αυτός ο θόρυβος αυξάνεται όταν μειώνεται η συχνότητα, αυτός ο θόρυβος σχετίζεται με ένα συνεχές ρεύμα εντός ηλεκτρονικών συσκευών και περιλαμβάνει το ίδιο περιεχόμενο ισχύος σε κάθε οκτάβα. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, τι είναι ο λευκός θόρυβος;