Blikajúci šum: funguje, odstraňuje, rozdiely a jeho aplikácie

Operačný zosilňovač obsahuje rôzne zdroje hluku ( operačný zosilňovač ), ale najzáhadnejším zdrojom hluku je blikanie. Je to spôsobené nepravidelnosťami vo vodivom pruhu a šumom kvôli predpätiu v tranzistoroch. Tento šum sa zvyšuje nepriamo cez frekvenciu, preto sa často nazýva šum 1/f. Tento hluk je prítomný ešte pri vyšších frekvenciách; avšak iné zdroje hluku v operačnom zosilňovači začnú ovládať, čo je v rozpore s efektmi hluku 1/f. Tento hluk ovplyvní všetku elektroniku, ako je prevádzka zosilňovače ale tento zdroj hluku nemá obmedzenia v rámci nízkofrekvenčných systémov zberu dát. S cieľom poskytnúť najlepší výkon jednosmerného prúdu, ako je nízky posun a nízky počiatočný posun, zosilňovače s nulovým posunom majú tiež ďalšiu výhodu v eliminácii šumu blikania, ktorý je veľmi dôležitý pre nízkofrekvenčné aplikácie. Tento článok pojednáva o prehľade blikanie – práca a jej aplikácie.

Čo je definícia šumu blikania/šumu blikania?

Blikajúci šum alebo šum 1/f je typ elektronického šumu, ktorý sa jednoducho vyskytuje takmer vo všetkých elektronických zariadeniach a môže mať rôzne ďalšie efekty, ako sú nečistoty vo vodivom kanáli, generovaný a rekombinačný šum v tranzistore kvôli základnému prúdu. Tento šum sa často nazýva ružový šum alebo šum 1/f. Tento hluk sa vyskytuje hlavne vo všetkých elektronických zariadeniach a má rôzne príčiny, hoci tieto vo všeobecnosti súvisia s tokom jednosmerného prúdu. Je významný v mnohých elektronických oblastiach a je významný v oscilátoroch používaných ako RF zdroje.

Tento hluk je tiež známy ako nízkofrekvenčný šum, pretože výkonová spektrálna hustota tohto hluku sa zvýši, keď sa frekvencia zvýši. Tento šum možno normálne pozorovať pri frekvencii nižšej ako niekoľko kHz. Šírka pásma šumu blikania sa pohybuje od 10 MHz do 10 Hz.

Rovnica šumu blikania

Blikanie sa jednoducho vyskytuje takmer vo všetkých elektronických komponentoch. Takže tento hluk sa spomína v súvislosti s polovodičovými zariadeniami, ako sú tranzistory a najmä MOSFET zariadení. Tento hluk môže byť vyjadrený ako

S(f) = K/f

Princíp fungovania šumu blikania

Blikajúci šum funguje tak, že zvyšuje celkovú hladinu hluku nad úroveň tepelného šumu, ktorý je prítomný vo všetkých rezistoroch. Tento hluk sa jednoducho nachádza v hrubom filme a rezistory s uhlíkovým zložením , kdekoľvek je to známe ako nadmerný šum. Naopak, drôtové odpory majú najmenšie množstvo blikajúceho šumu.

Tento šum môže byť spôsobený nosičmi náboja, ktoré sú náhodne zachytené a uvoľnené medzi rozhraniami dvoch materiálov. Tento jav sa teda bežne vyskytuje v polovodičoch, ktoré sa používajú v prístrojových zosilňovačoch na záznam elektrických signálov.

Tento šum je jednoducho úmerný opaku frekvencie. V mnohých aplikáciách, ako sú RF oscilátory, existuje veľa oblastí, kde dominuje šum a ďalšie oblasti, kde dominuje biely šum zo zdrojov, ako je šum výstrelu a tepelný šum. Vo všeobecnosti tento hluk pri nízkych frekvenciách dominuje správne navrhnutému systému.

Eliminácia 1/F šumu

Všeobecne platí, že sekanie resp Chopper stabilizačná technika sa používa na zníženie ofsetového napätia zosilňovača. Ale keďže šum blikania je blízko jednosmerného nízkofrekvenčného šumu, potom sa pomocou tejto techniky tiež účinne znižuje. Táto technika jednoducho funguje sekaním alebo striedaním i/p signálov v i/p fáze a potom opäť sekaním signálov v o/p fáze. Takže toto sa rovná modulácia so štvorcovou vlnou.

Vo vyššie uvedenej blokovej schéme ADA4522 možno i/p signál jednoducho modulovať na sekaciu frekvenciu na CHOP _IN etapa. i/p signál na CHOP _VON stupeň je synchrónne demodulovaný späť na svoju počiatočnú frekvenciu a súčasne sa blikajúci šum a ofset i/p stupňa zosilňovača jednoducho modulujú na sekaciu frekvenciu.

Okrem zníženia pôvodného offsetového napätia sa zníži aj zmena v rámci offsetu a napätia v bežnom režime, čo poskytuje veľmi dobrú DC linearitu a vysoký CMRR (pomer odmietnutia v bežnom režime). Sekanie tiež znižuje posun napätia a teplotu, z tohto dôvodu sa zosilňovače, ktoré používajú sekanie, často nazývajú zosilňovače s nulovým posunom. Tu musíme zvážiť jednu hlavnú vec, a to, že zosilňovače s nulovým driftom odstraňujú blikajúci šum iba zosilňovača. Akýkoľvek šum blikania z rôznych zdrojov, ako je napríklad snímač, prejde nezmenený.

Kompromisom používaným na sekanie je, že nastavuje artefakty prepínania na výstup a zvyšuje vstupný predpätý prúd. Na výstupe zosilňovača je zvlnenie a poruchy viditeľné pri pohľade na osciloskop a špičky šumu sú viditeľné v spektrálnej hustote šumu pri pohľade na spektrálny analyzátor. Z analógových zariadení najnovšie zosilňovače s nulovým driftom, ako je rodina zosilňovačov s nulovým driftom ADA4522, využívajú patentovaný offset a obvod slučky korekcie zvlnenia na zníženie spínacích artefaktov.

Sekanie sa používa aj pre ADC a prístrojové zosilňovače . Sekanie sa používa na odstránenie tohto šumu v rôznych zariadeniach, ako je AD8237 true rail-to-rail, AD7124-4 s nízkym šumom a nízkym výkonom, prístrojový zosilňovač s nulovým driftom, 24-bitový Σ-Δ ADC, 32-bitový Σ-Δ ADC , AD7177-2 ultranízky hluk atď.

Jednou z hlavných nevýhod použitia modulácie štvorcových vĺn je, že tieto vlny majú rôzne harmonické. Takže šum pri každej harmonickej bude demodulovaný na jednosmerný späť. Namiesto toho, ak použijeme sínusovú moduláciu, potom je oveľa menej náchylná na šum a môže zlepšiť extrémne malé signály vo veľkom šume, inak rušivé. Takže tento prístup sa používa prostredníctvom blokovacích zosilňovačov.

Rozdiel medzi tepelným šumom a šumom blikania

Rozdiel medzi tepelným šumom a šumom blikania je popísaný nižšie.

Čo je to Flicker Noise v MOSFET?

MOSFETy majú vysokú medznú frekvenciu (fc), ako je rozsah GHz BJT & JFET majú nižšiu medznú frekvenciu, napríklad 1 kHz. Vo všeobecnosti JFET pri nízkych frekvenciách vykazujú väčší šum v porovnaní s BJT a môžu mať vysoké „fc“ ako niekoľko kHz a nie sú preferované pre blikajúci šum.

Výhody a nevýhody

The výhody blikajúceho šumu zahŕňajú nasledujúce.

• Ide o nízkofrekvenčný šum, takže ak sa frekvencia zvýši, tento hluk sa zníži.
• Je to vlastný hluk v polovodičových zariadeniach súvisiaci s výrobným postupom a fyzikou zariadení.
• Účinky sa zvyčajne pozorujú pri nízkych frekvenciách v rámci elektronických komponentov.

The nevýhody blikajúceho šumu zahŕňajú nasledujúce.

• V akomkoľvek presnom signálovom reťazci jednosmerného prúdu môže tento šum obmedziť výkon.
• Celková hladina hluku môže byť zvýšená nad hladinu tepelného hluku vo všetkých typoch rezistorov.
• Je to závislé od frekvencie.

Aplikácie

The aplikácie blikajúceho šumu e zahŕňajú nasledujúce.

• Tento šum sa nachádza v niektorých pasívnych zariadeniach a všetkých aktívnych elektronických komponentoch.
• Tento jav sa bežne vyskytuje v polovodičoch, ktoré sa používajú hlavne na zaznamenávanie elektrických signálov v prístrojových zosilňovačoch.
• Tento šum v BJT určuje zosilňovacie obmedzenia zariadenia.
• Tento hluk sa vyskytuje v rezistoroch s uhlíkovým zložením.
• Vo všeobecnosti sa tento šum vyskytuje v aktívnych zariadeniach, pretože náboj nesie náhodné správanie.

Q). Prečo je Flicker Noise považovaný za ružový?

Ružový šum sa tiež nazýva blikajúci šum, pretože jeho spektrálna hustota výkonu sa znižuje o 3 dB na oktávu. Výkon pásma ružového šumu je teda nepriamo úmerný frekvencii. Keď je frekvencia vyššia, potom je výkon nižší.

Otázka), Ako sa zbavím blikajúceho šumu?

Tento šum môže byť účinne redukovaný pomocou techniky stabilizácie choppera, kde sa zníži offsetové napätie zosilňovača.

Q). Ako sa meria šum blikania?

Meranie šumu blikania v prúde alebo napätí sa môže vykonávať podobne ako pri iných druhoch merania hluku. Prístroj na analyzovanie vzorkovacieho spektra odoberie zo šumu vzorku s konečným časom a vypočíta Fourierovu transformáciu pomocou algoritmu FFT. Tieto prístroje nepracujú pri nízkych frekvenciách na úplné meranie tohto hluku. Vzorkovacie nástroje sú teda širokopásmové a majú vysoký šum. Tie môžu znížiť šum použitím viacerých stôp vzoriek a ich spriemerovaním. Prístroje na analyzovanie spektra konvenčného typu majú stále vynikajúce SNR vďaka ich úzkopásmovému získavaniu.

Teda toto je prehľad šumu blikania - práca s aplikáciami. Charakteristiky blikajúceho šumu sú; tento hluk sa zvyšuje, keď sa frekvencia znižuje, tento hluk je spojený s jednosmerným prúdom v elektronických zariadeniach a zahŕňa rovnaký obsah energie v každej oktáve. Tu je otázka pre vás, čo je biely šum?