Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Фликкер-шум - это тип электронного шума со спектральной плотностью мощности 1 / f . Поэтому его часто называют 1 / f- шумом или розовым шумом , хотя эти термины имеют более широкие определения. Он встречается почти во всех электронных устройствах и может проявляться рядом других эффектов, таких как примеси в проводящем канале, генерация и рекомбинационный шум в транзисторе из-за тока базы и т. Д.

Свойства [ править ]

1 / f- шум в токе или напряжении обычно связан с постоянным током , поскольку колебания сопротивления преобразуются в колебания напряжения или тока по закону Ома. В резисторах также есть 1 / f- составляющая, через которую нет постоянного тока, вероятно, из-за колебаний температуры, модулирующих сопротивление. Этот эффект отсутствует в манганине , так как он имеет незначительный температурный коэффициент сопротивления . [1] [2]

В электронных устройствах это проявляется как низкочастотное явление, поскольку более высокие частоты затмеваются белым шумом от других источников. Однако в генераторах низкочастотный шум может смешиваться до частот, близких к несущей, что приводит к фазовому шуму генератора .

Фликкер-шум часто характеризуется угловой частотой f c между областью, в которой преобладает низкочастотный фликкер-шум, и высокочастотным шумом "плоской полосы". Полевые МОП-транзисторы имеют более высокую f c (может быть в диапазоне ГГц), чем полевые транзисторы или биполярные транзисторы , которые обычно ниже 2 кГц для последних.

Обычно он имеет гауссовское распределение и обратим во времени . [3] Он генерируется линейным механизмом в резисторах и полевых транзисторах , но нелинейным механизмом в BJT и диодах . [3]

Мощность напряжения фликкер-шума в MOSFET часто моделируется как , где K - зависящая от процесса константа, - емкость оксида в устройствах MOSFET, W и L - ширина и длина канала соответственно. [4] Это эмпирическая модель, которую обычно считают чрезмерным упрощением. [5]

Фликкер шум обнаружен в углерод-композиционных резисторов и толстопленочных резисторов , [6] , где она упоминается как лишнего шума , так как он повышает общий уровень шума выше теплового шума уровень, который присутствует во всех резисторов. Напротив, резисторы с проволочной обмоткой имеют наименьшее количество фликкер-шума. Поскольку фликкер-шум связан с уровнем постоянного тока , если ток остается низким, тепловой шум будет преобладающим эффектом в резисторе, а тип используемого резистора может не влиять на уровни шума, в зависимости от частотного окна.

Измерение [ править ]

Измерение спектра шума 1 / f по напряжению или току выполняется так же, как и измерение других типов шумов. Анализаторы спектра выборки берут выборку за конечное время из шума и вычисляют преобразование Фурье с помощью БПФ.алгоритм. Затем, после вычисления квадрата абсолютного значения спектра Фурье, они вычисляют его среднее значение, повторяя этот процесс выборки достаточно большое количество раз. Результирующая диаграмма пропорциональна спектру плотности мощности измеренного шума. Затем он нормируется на длительность выборки за конечное время, а также на числовую константу порядка 1, чтобы получить ее точное значение. Эта процедура дает правильные спектральные данные только глубоко в пределах частотного окна, определяемого обратной величиной длительности конечной временной выборки (низкочастотный конец) и цифровой частоты дискретизации шума (высокочастотный конец). Таким образом, верхняя и нижняя половины полученного спектра плотности мощности обычно исключаются из спектра.Обычные анализаторы спектра, которые просматривают узкую фильтрованную полосу по сигналу, имеют хорошее отношение сигнал / шум (SNR), поскольку они являются узкополосными приборами. К сожалению, эти инструменты не работают на достаточно низких частотах, чтобы полностью измерить фликкер-шум. Инструменты отбора проб являются широкополосными и, следовательно, имеют высокий уровень шума. Они уменьшают шум, беря несколько кривых отсчетов и усредняя их. Обычные анализаторы спектра по-прежнему имеют лучшее соотношение сигнал / шум из-за узкополосного захвата.Обычные анализаторы спектра по-прежнему имеют лучшее соотношение сигнал / шум из-за узкополосного захвата.Обычные анализаторы спектра по-прежнему имеют лучшее соотношение сигнал / шум из-за узкополосного захвата.

Удаление в КИПиА [ править ]

При измерениях постоянного тока 1 / f- шум может быть особенно проблематичным, поскольку он очень важен на низких частотах, стремясь к бесконечности при интегрировании / усреднении на постоянном токе. На очень низких частотах можно думать, что шум становится дрейфом, хотя механизмы, вызывающие дрейф, обычно отличаются от фликкер-шума.

Один из эффективных методов заключается в перемещении интересующего сигнала на более высокую частоту и использовании фазочувствительного детектора для его измерения. Например, интересующий сигнал может быть прерван с частотой. Теперь сигнальная цепочка передает сигнал переменного, а не постоянного тока. Каскады со связью по переменному току отфильтровывают составляющую постоянного тока; это также снижает шум мерцания. Синхронный детекторкоторый измеряет пики сигнала переменного тока, которые эквивалентны исходному значению постоянного тока. Другими словами, сначала низкочастотный сигнал сдвигается на высокую частоту путем умножения его на высокочастотную несущую, и он передается устройству, на которое воздействует фликкер-шум. Выходной сигнал устройства снова умножается на ту же несущую, поэтому предыдущий информационный сигнал возвращается в основную полосу частот, а фликкер-шум будет сдвинут на более высокую частоту, которую можно легко отфильтровать.

См. Также [ править ]

  • Альдерт ван дер Зил
  • Цвета шума
  • Контактное сопротивление
  • Шум (физика)
  • Электронный шум
  • Распределение твиди
  • Чоппер (электроника)

Ссылки [ править ]

  1. ^ Восс, Ричард Ф .; Кларк, Джон (1976-01-15). «Мерцающий (1 / f ) шум: равновесные колебания температуры и сопротивления». Physical Review B . 13 (2): 556–573. Bibcode : 1976PhRvB..13..556V . DOI : 10.1103 / PhysRevB.13.556 .
  2. ^ Бек, HGE; Спруит, WP (1978-06-01). « Шум 1 / f в дисперсии шума Джонсона». Журнал прикладной физики . 49 (6): 3384–3385. Bibcode : 1978JAP .... 49.3384B . DOI : 10.1063 / 1.325240 . ISSN 0021-8979 . 
  3. ^ a b Восс, Ричард Ф. (1978-04-03). «Линейность 1 / f шумовых механизмов». Письма с физическим обзором . 40 (14): 913–916. Bibcode : 1978PhRvL..40..913V . DOI : 10.1103 / physrevlett.40.913 .
  4. ^ Behzad Разави , Дизайн аналоговых КМОП интегральных микросхем, McGraw-Hill, 2000, Глава 7: Noise.
  5. ^ Лундберг, Кент Х. «Источники шума в массивной КМОП-матрице» (PDF) .
  6. ^ Дженкинс, Рик. «Все шумы в резисторах» . Hartman Technica . Дата обращения 5 июня 2014 .

Заметки [ править ]

  • Джонсон, JB (1925). «Эффект Шоттки в низкочастотных цепях». Физический обзор . 26 (1): 71–85. Полномочный код : 1925PhRv ... 26 ... 71J . DOI : 10.1103 / PhysRev.26.71 .
  • Шоттки, В. (1918). "Über spontane Stromschwankungen in verschiedenen Elektrizitätsleitern" . Annalen der Physik . 362 (23): 541–567. Bibcode : 1918AnP ... 362..541S . DOI : 10.1002 / andp.19183622304 .
  • Шоттки, В. (1922). "Zur Berechnung und Beurteilung des Schroteffektes" . Annalen der Physik . 373 (10): 157–176. Bibcode : 1922AnP ... 373..157S . DOI : 10.1002 / andp.19223731007 .

Внешние ссылки [ править ]

  • AES Pro Audio Reference определение «мерцающего шума»
  • Учебник по шуму