Bruit de scintillement : travail, élimination, différences et ses applications

Essayez Notre Instrument Pour Éliminer Les Problèmes





Il existe différentes sources de bruit dans un ampli-op ( amplificateur opérationnel ) mais la source de bruit la plus mystérieuse est le bruit de scintillement. Cela est dû à des irrégularités dans la voie de conduction et au bruit en raison des courants de polarisation dans les transistors. Ce bruit augmente inversement à travers la fréquence, il est donc fréquemment appelé bruit 1/f. Ce bruit est encore présent à des fréquences plus élevées ; cependant, d'autres sources de bruit dans l'ampli-op commencent à contrôler, s'opposant aux effets de bruit 1/f. Ce bruit affectera tous les appareils électroniques comme opérationnels amplificateurs mais, cette source de bruit n'a pas de limites dans les systèmes d'acquisition de données à basse fréquence. Afin de fournir les meilleures performances en courant continu comme une faible dérive de décalage et un faible décalage initial, les amplificateurs à dérive nulle ont également l'avantage supplémentaire d'éliminer le bruit de scintillement, ce qui est très critique pour les applications basse fréquence. Cet article donne un aperçu de bruit de scintillement –le travail et ses applications.


Qu'est-ce que la définition du bruit de scintillement/bruit de scintillement ?

Le bruit de scintillement ou bruit 1/f est un type de bruit électronique qui se produit simplement dans presque tous les appareils électroniques et peut avoir divers autres effets comme des impuretés dans un canal conducteur, la génération et le bruit de recombinaison dans un transistor en raison du courant de base. Ce bruit est fréquemment appelé bruit rose ou bruit 1/f. Ce bruit se produit principalement dans tous les appareils électroniques et il a différentes causes bien que celles-ci soient généralement liées au flux de courant continu. Il est important dans de nombreux domaines électroniques et dans les oscillateurs utilisés comme sources RF.



Ce bruit est également appelé bruit basse fréquence car la densité spectrale de puissance de ce bruit sera augmentée lorsque la fréquence est augmentée. Ce bruit peut être observé normalement en dessous de quelques KHz. La bande passante du bruit de scintillement varie de 10 MHz à 10 Hz.

Équation de bruit de scintillement

Le bruit de scintillement se produit simplement dans presque tous les composants électroniques. Donc, ce bruit est mentionné en relation avec les dispositifs à semi-conducteurs comme les transistors et en particulier MOSFET dispositifs. Ce bruit peut être exprimé comme



S(f) = K/f

Principe de fonctionnement du bruit de scintillement

Le bruit de scintillement fonctionne en augmentant le niveau de bruit global au-dessus du niveau de bruit thermique, qui est présent dans toutes les résistances. Ce bruit se trouve simplement dans les couches épaisses et résistances à composition de carbone , partout où il est connu comme un bruit excessif, En revanche, les résistances bobinées ont le moins de bruit de scintillement.

  PCBWay

Ce bruit peut être causé par des porteurs de charge piégés et libérés de manière aléatoire entre les interfaces de deux matériaux. Ainsi, ce phénomène se produit normalement dans les semi-conducteurs qui sont utilisés dans des amplificateurs d'instrumentation pour enregistrer des signaux électriques.

Ce bruit est simplement proportionnel à l'opposé de la fréquence. Dans de nombreuses applications telles que les oscillateurs RF, il existe de nombreuses régions où le bruit domine et d'autres régions où le bruit blanc provenant de sources telles que le bruit de tir et le bruit thermique domine. Généralement, ce bruit à basses fréquences domine un système correctement conçu.

Élimination du bruit 1/F

Généralement, le hachage ou Hachoir La technique de stabilisation est utilisée pour réduire la tension de décalage de l'amplificateur. Mais, étant donné que le bruit de scintillement est proche du bruit CC basse fréquence, il est également réduit efficacement en utilisant cette technique. Cette technique fonctionne simplement en hachant ou en alternant les signaux i/p à l'étage i/p, puis en hachant à nouveau les signaux à l'étage o/p. Ceci est donc égal à modulation avec une onde carrée.

  Schéma fonctionnel ADA4522-2 pour le bruit de scintillement
Schéma fonctionnel ADA4522-2 pour le bruit de scintillement

Dans le schéma fonctionnel ADA4522 ci-dessus, le signal i/p peut être simplement modulé à la fréquence de hachage au CHOP DANS organiser. Le signal i/p au CHOP DEHORS l'étage est démodulé de manière synchrone à sa fréquence initiale et en même temps, le bruit de scintillement et le décalage de l'étage i/p de l'amplificateur sont simplement modulés à la fréquence de hachage.

En plus de diminuer la tension de décalage d'origine, le changement dans la tension de décalage et de mode commun est diminué, ce qui offre une très bonne linéarité CC et un CMRR élevé (rapport de réjection en mode commun). Le hachage diminue également la dérive de tension et la température de décalage, pour cette raison, l'amplificateur qui utilise le hachage est souvent appelé amplificateur à dérive nulle. Ici, une chose principale que nous devons considérer est que les amplificateurs à dérive nulle suppriment uniquement le bruit de scintillement de l'amplificateur. Tout bruit de scintillement provenant de diverses sources comme le capteur passera sans changement.

Le compromis utilisé pour le hachage est qu'il configure des artefacts de commutation dans la sortie et améliore le courant de polarisation d'entrée. Sur la sortie de l'amplificateur, l'ondulation et les pépins sont visibles une fois visualisés sur un oscilloscope et des pics de bruit sont visibles dans la densité spectrale du bruit lorsqu'ils sont visualisés avec un analyseur de spectre. À partir d'appareils analogiques, les nouveaux amplificateurs à dérive nulle comme la famille d'amplificateurs à dérive nulle ADA4522 utilisent un décalage breveté et un circuit de boucle de correction d'ondulation pour réduire les artefacts de commutation.

Le hachage est également utilisé pour les ADC et amplificateurs d'instrumentation . Le hachage est utilisé pour éliminer ce bruit dans différents appareils comme le véritable rail à rail AD8237, l'amplificateur d'instrumentation AD7124-4 à faible bruit et faible puissance, sans dérive, le CAN Σ-Δ 24 bits, le CAN Σ-Δ 32 bits , AD7177-2 ultra-faible bruit, etc.

Un inconvénient principal de l'utilisation de la modulation d'onde carrée est que ces ondes ont diverses harmoniques. Ainsi, le bruit à chaque harmonique sera démodulé en courant continu. Au lieu de cela, si nous utilisons la modulation d'onde sinusoïdale, cela est beaucoup moins vulnérable au bruit et peut améliorer les signaux extrêmement petits dans le grand bruit, sinon la présence d'interférences. Cette approche est donc utilisée via des amplificateurs de verrouillage.

Différence entre le bruit thermique et le bruit de scintillement

La différence entre le bruit thermique et le bruit de scintillement est discutée ci-dessous.

Bruit Thermique

Bruit de scintillement

Le bruit généré par l'agitation thermique des électrons dans un conducteur électrique à l'équilibre est appelé bruit thermique. Le bruit causé par des porteurs de charge piégés et libérés de manière aléatoire entre les interfaces de deux matériaux est appelé bruit de scintillement.
Ce bruit est également appelé bruit de Johnson, bruit de Nyquist ou bruit de Johnson-Nyquist. Ce bruit est également appelé bruit 1/f.
Le bruit thermique se produit toujours lorsque le courant circule dans la résistance.

Ce bruit se produit normalement dans les semi-conducteurs qui sont utilisés dans un amplificateur d'instrumentation pour enregistrer divers signaux électriques.
L'intensité du bruit thermique sera diminuée par les composants de résistance parasite inférieurs. Cette intensité de bruit sera diminuée par un hacheur ou une méthode de stabilisation du hacheur, partout où la tension de décalage de l'amplificateur est diminuée.
Le bruit thermique peut être supprimé en normalisant le signal de rétrodiffusion dans l'image SAR complète, ce qui est nécessaire à la fois pour l'utilisation quantitative et qualitative des données SAR. Ce bruit peut être supprimé avec différentes techniques telles que l'excitation et le hachage en courant alternatif.

Qu'est-ce que le bruit de scintillement dans MOSFET ?

Les MOSFET ont une fréquence de coupure élevée (fc) comme la gamme GHz alors que BJT & JFETs ont une fréquence de coupure inférieure comme 1 kHz. Généralement, les JFET à basses fréquences présentent plus de bruit que les BJT et ils peuvent avoir un 'fc' élevé comme plusieurs kHz et ne sont pas préférés pour le bruit de scintillement.

Avantages et inconvénients

Le avantages du bruit de scintillement inclure les éléments suivants.

  • Il s'agit d'un bruit à basse fréquence, donc si la fréquence augmente, ce bruit sera diminué.
  • Il s'agit d'un bruit inhérent aux dispositifs à semi-conducteurs lié à la procédure de fabrication et à la physique des dispositifs.
  • Les effets sont généralement observés à basse fréquence dans les composants électroniques.

Le inconvénients du bruit de scintillement inclure les éléments suivants.

  • Dans toute chaîne de signal CC de précision, ce bruit peut limiter les performances.
  • Le niveau de bruit global peut être augmenté par rapport au niveau de bruit thermique dans tous les types de résistances.
  • Cela dépend de la fréquence.

Applications

Le applications du bruit de scintillement e inclure les éléments suivants.

  • Ce bruit se retrouve dans certains appareils passifs et tous les composants électroniques actifs.
  • Ce phénomène se produit normalement dans les semi-conducteurs qui sont principalement utilisés pour enregistrer des signaux électriques dans des amplificateurs d'instrumentation.
  • Ce bruit dans les BJT détermine les limites d'amplification de l'appareil.
  • Ce bruit se produit dans les résistances à composition de carbone.
  • Généralement, ce bruit se produit dans les dispositifs actifs car la charge a un comportement aléatoire.

Q). Pourquoi le bruit de scintillement est-il considéré comme rose ?

Le bruit rose est également appelé bruit de scintillement car sa densité de puissance spectrale diminue de 3 dB par octave. Ainsi, la puissance de la bande de bruit rose est inversement proportionnelle à la fréquence. Lorsque la fréquence est plus élevée, la puissance est plus faible.

Q), Comment puis-je me débarrasser du bruit de scintillement ?

Ce bruit peut être efficacement réduit grâce à une technique de stabilisation du hacheur où la tension de décalage de l'amplificateur est diminuée.

Q). Comment le bruit de scintillement est-il mesuré ?

La mesure du bruit de scintillement en courant ou en tension peut être effectuée de la même manière que d'autres types de mesure de bruit. L'analyseur de spectre d'échantillonnage prend un échantillon de temps fini du bruit et calcule la transformée de Fourier via l'algorithme FFT. Ces instruments ne fonctionnent pas aux basses fréquences pour mesurer complètement ce bruit. Ainsi, les instruments d'échantillonnage sont à large bande et ont un bruit élevé. Ceux-ci peuvent réduire le bruit en utilisant plusieurs traces d'échantillons et en les calculant en moyenne. Les analyseurs de spectre de type conventionnel ont toujours un SNR supérieur en raison de leur acquisition à bande étroite.

Ainsi, ceci est un aperçu du bruit de scintillement – travailler avec des applications. Les caractéristiques du bruit de scintillement sont ; ce bruit augmente lorsque la fréquence diminue, ce bruit est associé à un courant continu dans les appareils électroniques et il comprend le même contenu de puissance dans chaque octave. Voici une question pour vous, qu'est-ce que le bruit blanc?