Ruido de parpadeo - Flicker noise

El ruido de parpadeo es un tipo de ruido electrónico con una densidad espectral de potencia de 1 / f . Por tanto, se refiere a menudo como 1 / f ruido o ruido rosa , aunque estos términos tienen las definiciones más amplias. Ocurre en casi todos los dispositivos electrónicos y puede presentarse con una variedad de otros efectos, como impurezas en un canal conductor, ruido de generación y recombinación en un transistor debido a la corriente de base, etc.

Propiedades

El ruido de 1 / f en corriente o voltaje generalmente está relacionado con una corriente continua , ya que las fluctuaciones de resistencia se transforman en fluctuaciones de voltaje o corriente por la ley de Ohm. También hay un componente 1 / f en las resistencias sin corriente continua a través de ellas, probablemente debido a las fluctuaciones de temperatura que modulan la resistencia. Este efecto no está presente en la manganina , ya que tiene un coeficiente de temperatura de resistencia insignificante .

En los dispositivos electrónicos, se muestra como un fenómeno de baja frecuencia, ya que las frecuencias más altas se ven eclipsadas por el ruido blanco de otras fuentes. En los osciladores , sin embargo, el ruido de baja frecuencia se puede mezclar hasta frecuencias cercanas a la portadora, lo que da como resultado un ruido de fase del oscilador .

El ruido de parpadeo se caracteriza a menudo por la frecuencia de esquina f c entre la región dominada por el ruido de parpadeo de baja frecuencia y el ruido de "banda plana" de alta frecuencia. MOSFETs tienen un mayor f c (puede estar en el rango GHz) que JFET o transistores bipolares , que es habitualmente por debajo de 2 kHz para el segundo.

Por lo general, tiene una distribución gaussiana y es reversible en el tiempo . Se genera mediante un mecanismo lineal en resistencias y FET , pero un mecanismo no lineal en BJT y diodos .

La potencia de voltaje de ruido de parpadeo en MOSFET a menudo se modela como , donde K es la constante dependiente del proceso, es la capacitancia de óxido en los dispositivos MOSFET, W y L son el ancho y la longitud del canal, respectivamente. Este es un modelo empírico y generalmente se piensa que es una simplificación excesiva.

El ruido de parpadeo se encuentra en las resistencias de composición de carbono y en las resistencias de película gruesa , donde se denomina exceso de ruido , ya que aumenta el nivel de ruido general por encima del nivel de ruido térmico , que está presente en todas las resistencias. Por el contrario, las resistencias de alambre enrollado tienen la menor cantidad de ruido de parpadeo. Dado que el ruido de parpadeo está relacionado con el nivel de CC , si la corriente se mantiene baja, el ruido térmico será el efecto predominante en la resistencia, y es posible que el tipo de resistencia utilizado no afecte los niveles de ruido, según la ventana de frecuencia.

Medición

La medición del espectro de ruido 1 / f en tensión o corriente se realiza de la misma forma que la medición de otros tipos de ruidos. Los analizadores de espectro de muestreo toman una muestra de tiempo finito del ruido y calculan la transformada de Fourier mediante el algoritmo FFT . Luego, después de calcular el valor absoluto al cuadrado del espectro de Fourier, calculan su valor promedio repitiendo este proceso de muestreo una cantidad suficientemente grande de veces. El patrón resultante es proporcional al espectro de densidad de potencia del ruido medido. Luego se normaliza por la duración de la muestra de tiempo finito y también por una constante numérica del orden de 1 para obtener su valor exacto. Este procedimiento proporciona datos espectrales correctos solo dentro de la ventana de frecuencia determinada por el recíproco de la duración de la muestra de tiempo finito (extremo de baja frecuencia) y la frecuencia de muestreo digital del ruido (extremo de alta frecuencia). Por lo tanto, las décadas medias superior e inferior del espectro de densidad de potencia obtenido generalmente se descartan del espectro. Los analizadores de espectro convencionales que barren una banda filtrada estrecha sobre la señal tienen una buena relación señal-ruido (SNR), ya que son instrumentos de banda estrecha. Desafortunadamente, estos instrumentos no funcionan a frecuencias lo suficientemente bajas como para medir completamente el ruido de parpadeo. Los instrumentos de muestreo son de banda ancha y, por tanto, de alto nivel de ruido. Reducen el ruido tomando múltiples trazas de muestra y promediando. Los analizadores de espectro convencionales todavía tienen una mejor SNR debido a su adquisición de banda estrecha.

Remoción en instrumentación y medidas

Para las mediciones de CC, el ruido 1 / f puede ser particularmente problemático, ya que es muy significativo a bajas frecuencias, y tiende al infinito con integración / promediado en CC. A frecuencias muy bajas, puede pensar que el ruido se está convirtiendo en deriva, aunque los mecanismos que causan la deriva suelen ser distintos del ruido de parpadeo.

Una técnica poderosa implica mover la señal de interés a una frecuencia más alta y usar un detector sensible a la fase para medirla. Por ejemplo, la señal de interés se puede cortar con una frecuencia. Ahora la cadena de señales lleva una señal de CA, no de CC. Las etapas acopladas a CA filtran el componente de CC; esto también atenúa el ruido de parpadeo. Un detector síncrono que muestrea los picos de la señal de CA, que son equivalentes al valor de CC original. En otras palabras, primero la señal de baja frecuencia se cambia a alta frecuencia multiplicándola con la portadora de alta frecuencia, y se le da al dispositivo afectado por el ruido de parpadeo. La salida del dispositivo se vuelve a multiplicar por la misma portadora, por lo que la señal de información anterior vuelve a la banda base y el ruido de parpadeo se desplazará a una frecuencia más alta, que se puede filtrar fácilmente.

Ver también

Referencias

Notas

enlaces externos