Különféle zajforrások vannak az op-erősítőben ( műveleti erősítő ), de a legtitokzatosabb zajforrás a villogó zaj. Ezt a vezetési sávon belüli szabálytalanságok és a tranzisztorok előfeszítő árama miatti zaj okozza. Ez a zaj fordítottan erősödik a frekvencián keresztül, ezért gyakran 1/f zajnak nevezik. Ez a zaj még magasabb frekvenciákon is jelen van; azonban a műveleti erősítő más zajforrásai elkezdenek szabályozni, ellenkezve az 1/f zajhatásokkal. Ez a zaj minden elektronikára hatással lesz, például a működésre erősítők ennek a zajforrásnak azonban nincsenek korlátai az alacsony frekvenciájú adatgyűjtő rendszereken belül. A legjobb egyenáramú teljesítmény, például az alacsony eltolású drift és az alacsony kezdeti eltolás biztosítása érdekében a nulla eltolódású erősítők további előnye is van, hogy kiküszöböli a vibrálási zajt, ami nagyon kritikus az alacsony frekvenciájú alkalmazásoknál. Ez a cikk egy áttekintést tárgyal villódzó zaj -munka és alkalmazásai.
Mi az a vibrációs zaj/villódzási zaj meghatározása?
A vibrálási zaj vagy az 1/f-zaj az elektronikus zaj egy olyan fajtája, amely szinte minden elektronikus eszközben előfordul, és számos egyéb hatással járhat, mint például a vezető csatornán belüli szennyeződések, a tranzisztoron belüli generálási és rekombinációs zaj az alapáram miatt. Ezt a zajt gyakran rózsaszín zajnak vagy 1/f zajnak nevezik. Ez a zaj elsősorban az összes elektronikus készülékben fordul elő, és különböző okai vannak, bár ezek általában az egyenáramhoz kapcsolódnak. Számos elektronikai területen jelentős és jelentős az RF forrásként használt oszcillátorokban.
Ezt a zajt alacsony frekvenciájú zajnak is nevezik, mivel ennek a zajnak a teljesítményspektrális sűrűsége megnő a frekvencia növelésével. Ez a zaj általában néhány KHz alatt figyelhető meg. A vibrációs zaj sávszélessége 10 MHz és 10 Hz között van.
Villogási zaj egyenlet
Csaknem minden elektronikai alkatrészben villogó zaj egyszerűen előfordul. Tehát ezt a zajt olyan félvezető eszközökkel kapcsolatban említik, mint a tranzisztorok és különösen MOSFET eszközöket. Ezt a zajt így lehet kifejezni
S(f) = K/f
A villogó zaj működési elve
A vibrációs zaj úgy működik, hogy az általános zajszintet a termikus zajszint fölé emeli, amely minden ellenállásban jelen van. Ez a zaj egyszerűen megtalálható a vastag filmben és szén összetételű ellenállások , ahol ez túlzott zaj néven ismert, Ezzel szemben a huzaltekercses ellenállásoknál van a legkevesebb vibrációs zaj.
Ezt a zajt olyan töltéshordozók okozhatják, amelyek két anyag interfészei között véletlenszerűen beszorulnak és felszabadulnak. Így ez a jelenség általában a félvezetőkben fordul elő, amelyeket műszererősítőkben használnak elektromos jelek rögzítésére.
Ez a zaj egyszerűen arányos a frekvencia ellenkezőjével. Sok olyan alkalmazásban, mint például az RF oszcillátorok, sok olyan régió van, ahol a zaj dominál, és vannak olyan területek, ahol az olyan forrásokból származó fehér zaj dominál, mint a lövészaj és a termikus zaj. Általában ez az alacsony frekvenciájú zaj uralja a megfelelően megtervezett rendszert.
Az 1/F zaj megszüntetése
Általában az aprítás ill Chopper stabilizációs technikát alkalmaznak az erősítő offset feszültségének csökkentésére. De mivel a villogás zaj közel egyenáramú alacsony frekvenciájú zaj, akkor ezt a technikát is hatékonyan csökkentjük. Ez a technika egyszerűen úgy működik, hogy feldarabolja vagy váltogatja az i/p jeleket az i/p szakaszban, majd ismét feldarabolja a jeleket az o/p szakaszban. Tehát ez egyenlő moduláció négyzethullámmal.
A fenti ADA4522 blokkdiagramon az i/p jel egyszerűen modulálható a CHOP-on lévő szaggatási frekvenciára BAN BEN színpad. Az i/p jel a CHOP-on KI A fokozat szinkronosan demodulálódik vissza a kezdeti frekvenciájára, és ezzel egyidejűleg az erősítő i/p fokozatának villogási zaja és eltolása egyszerűen a szaggatási frekvenciára modulálódik.
Az eredeti eltolási feszültség csökkentése mellett az ofszet és a közös módú feszültségen belüli változás is csökken, ami nagyon jó DC linearitást és magas CMRR-t (common-mode rejection ratio) biztosít. A szaggatás csökkenti az eltolásos feszültségeltolódást és a hőmérsékletet is, ezért a choppingot használó erősítőt gyakran nevezik zéró-drift erősítőknek. Itt egy fő dolgot kell figyelembe vennünk, hogy a nulla-drift erősítők csak az erősítő villogó zaját távolítják el. A különféle forrásokból, például az érzékelőből származó vibrációs zaj változatlanul áthalad.
A darabolásnál használt kompromisszum az, hogy beállítja a kapcsolási műtermékeket a kimenetre, és növeli a bemeneti előfeszítő áramot. Az erősítő kimenetén a hullámzás és a hibák láthatóak, ha oszcilloszkópon nézik, és a zaj tüskék láthatóak a zaj spektrális sűrűségében, ha spektrumanalizátorral nézik. Az analóg eszközök közül a legújabb zéró-drift erősítők, mint például az ADA4522 zéró-drift erősítőcsalád szabadalmaztatott eltolást és hullámzáskorrekciós hurokáramkört használnak a kapcsolási műtermékek csökkentése érdekében.
A darabolást az ADC-khez is használják műszeres erősítők . A darabolást használják ennek a zajnak a kiküszöbölésére különböző eszközökben, mint például az AD8237 true rail-to-rail, AD7124-4 alacsony zajszintű és alacsony teljesítményű, zéró sodródású műszererősítő, 24 bites Σ-Δ ADC, 32 bites Σ-Δ ADC , AD7177-2 ultralow noise, stb.
A négyzethullám-moduláció használatának egyik fő hátránya, hogy ezeknek a hullámoknak különböző harmonikusai vannak. Tehát a zaj minden harmonikusnál egyenáramra demodulálódik. Ehelyett, ha szinuszos modulációt használunk, akkor ez sokkal kevésbé érzékeny a zajra, és javíthatja a rendkívül kis jeleket a nagy zajban, egyébként interferencia jelenlétében. Tehát ezt a megközelítést lock-in erősítőkön keresztül használják.
A termikus zaj és a vibrálási zaj közötti különbség
A hőzaj és a villogó zaj közötti különbséget az alábbiakban tárgyaljuk.
|
Termikus zaj |
Villogó zaj |
| Az egyensúlyi állapotban lévő elektromos vezetőben lévő elektronok hőkeverése által keltett zajt termikus zajnak nevezzük. | Azt a zajt, amelyet a véletlenszerűen beszorult és felszabaduló töltéshordozók okoznak két anyag interfésze között, villogó zajnak nevezik. |
| Ezt a zajt Johnson-zajnak, Nyquist-zajnak vagy Johnson-Nyquist-zajnak is nevezik. | Ezt a zajt 1/f zajnak is nevezik. |
| Hőzaj mindig akkor lép fel, amikor áram folyik az ellenálláson keresztül.
|
Ez a zaj általában olyan félvezetőkben fordul elő, amelyeket egy műszererősítőben használnak különféle elektromos jelek rögzítésére. |
| A termikus zaj intenzitását az alacsonyabb parazita ellenállású komponensek csökkentik. | Ezt a zajintenzitást chopper vagy chopper stabilizációs módszerrel csökkentjük, ahol az erősítő offset feszültsége csökken. |
| A hőzaj eltávolítható a teljes SAR-kép visszaszórási jelének normalizálásával, ami szükséges a SAR-adatok mennyiségi és minőségi felhasználásához. | Ez a zaj különböző technikákkal eltávolítható, például váltóáramú gerjesztéssel és darabolással.
|
Mi az a vibrációs zaj a MOSFET-ben?
A MOSFET-ek nagy vágási frekvenciával (fc) rendelkeznek, például a GHz-es tartományban BJT-k & A JFET-ek vágási frekvenciája alacsonyabb, például 1 kHz. Általában az alacsony frekvenciájú JFET-ek több zajt mutatnak, mint a BJT-k, és magas „fc”-jük is lehet, akár több kHz, és nem részesítik előnyben a villogó zajt.
Előnyök és hátrányok
A villogó zaj előnyei a következőket tartalmazzák.
- Ez egy alacsony frekvenciájú zaj, tehát ha a frekvencia növekszik, akkor ez a zaj csökken.
- Ez a félvezető eszközökben rejlő, az eszközök gyártási eljárásával és fizikájával kapcsolatos zaj.
- A hatások általában alacsony frekvenciákon figyelhetők meg az elektronikus alkatrészeken belül.
A villogó zaj hátrányai a következőket tartalmazzák.
- Bármely precíziós egyenáramú jelláncban ez a zaj korlátozhatja a teljesítményt.
- Az általános zajszint minden típusú ellenállásnál növelhető a termikus zajszint fölé.
- Ez frekvencia függő.
Alkalmazások
A villogó zaj alkalmazásai e tartalmazza a következőket.
- Ez a zaj néhány passzív eszközben és minden aktív elektronikus alkatrészben megtalálható.
- Ez a jelenség általában a félvezetőkben fordul elő, amelyeket főként elektromos jelek rögzítésére használnak műszererősítőkben.
- Ez a zaj a BJT-ben meghatározza az eszköz erősítési korlátait.
- Ez a zaj a szénösszetételű ellenállásokban fordul elő.
- Általában ez a zaj az aktív eszközökben fordul elő, mivel a töltés véletlenszerű viselkedést hordoz.
Q). Miért tekintik rózsaszínnek a villogó zajt?
A rózsaszín zajt vibrációs zajnak is nevezik, mert spektrális teljesítménysűrűsége oktávonként 3 dB-lel csökken. Tehát a rózsaszín zajsáv teljesítménye fordítottan arányos a frekvenciával. Ha nagyobb a frekvencia, akkor kisebb a teljesítmény.
K), Hogyan lehet megszabadulni a villogó zajtól?
Ez a zaj hatékonyan csökkenthető egy chopper stabilizációs technikával, ahol az erősítő offset feszültsége csökken.
Q). Hogyan mérik a vibrációs zajt?
A vibrációs zaj mérése áramban vagy feszültségben más típusú zajmérésekhez hasonlóan elvégezhető. A mintavételi spektrumelemző műszer véges idejű mintát vesz a zajból, és az FFT algoritmuson keresztül kiszámítja a Fourier-transzformációt. Ezek a műszerek nem működnek alacsony frekvencián a zaj teljes mérésére. Tehát a mintavevő műszerek szélessávúak és magas zajszinttel rendelkeznek. Ezek csökkenthetik a zajt, ha több mintanyomot használnak és átlagolják őket. A hagyományos típusú spektrumanalizátorok keskeny sávú adatgyűjtésük miatt továbbra is kiváló SNR-vel rendelkeznek.
Tehát ez az a vibrációs zaj áttekintése – alkalmazásokkal való munka. A vibrációs zaj jellemzői: ez a zaj növekszik, ha a frekvencia csökken, ez a zaj az elektronikus eszközökön belüli egyenáramhoz kapcsolódik, és minden oktávban ugyanazt a teljesítményt tartalmazza. Itt egy kérdés, hogy mi a fehér zaj?
