Ci sono varie fonti di rumore in un amplificatore operazionale ( amplificatore operazionale ) ma la fonte di rumore più misteriosa è il rumore di sfarfallio. Ciò è causato da irregolarità all'interno della corsia di conduzione e rumore a causa delle correnti di polarizzazione nei transistor. Questo rumore aumenta inversamente attraverso la frequenza, quindi è spesso chiamato rumore 1/f. Questo rumore è presente ancora alle frequenze più alte; tuttavia altre fonti di rumore nell'amplificatore operazionale iniziano a controllare, opponendosi agli effetti di rumore 1/f. Questo rumore influenzerà tutta l'elettronica come operativa amplificatori ma questa sorgente di rumore non ha limitazioni all'interno dei sistemi di acquisizione dati a bassa frequenza. Al fine di fornire le migliori prestazioni in cc come una bassa deriva dell'offset e un basso offset iniziale, gli amplificatori a deriva zero hanno anche l'ulteriore vantaggio di eliminare il rumore di sfarfallio, che è molto critico per le applicazioni a bassa frequenza. Questo articolo discute una panoramica di rumore di sfarfallio –lavoro e le sue applicazioni.

Che cos'è la definizione di rumore di sfarfallio/rumore di sfarfallio?

Il rumore di sfarfallio o rumore 1/f è un tipo di rumore elettronico che si verifica semplicemente in quasi tutti i dispositivi elettronici e può venire con vari altri effetti come impurità all'interno di un canale conduttivo, rumore di generazione e ricombinazione all'interno di un transistor a causa della corrente di base. Questo rumore è spesso chiamato rumore rosa o rumore 1/f. Questo rumore si verifica principalmente in tutti i dispositivi elettronici e ha cause diverse sebbene queste siano generalmente correlate al flusso di corrente continua. È significativo in molti campi elettronici ed è significativo negli oscillatori utilizzati come sorgenti RF.

Questo rumore è noto anche come rumore a bassa frequenza perché la densità spettrale di potenza di questo rumore aumenterà quando la frequenza viene aumentata. Questo rumore può essere osservato normalmente al di sotto di pochi KHz. La larghezza di banda del rumore di sfarfallio varia da 10 MHz a 10 Hz.

Equazione del rumore di sfarfallio

Il rumore di sfarfallio si verifica semplicemente in quasi tutti i componenti elettronici. Quindi questo rumore è menzionato in relazione a dispositivi a semiconduttore come transistor e in particolare MOSFET dispositivi. Questo rumore può essere espresso come

“come funzionano i convertitori di coppia? ”

S(f) = K/f

Principio di funzionamento del rumore di sfarfallio

Il rumore di sfarfallio funziona aumentando il livello di rumore complessivo al di sopra del livello di rumore termico, che è presente in tutti i resistori. Questo rumore si trova semplicemente nel film spesso e resistori a composizione di carbonio , ovunque sia noto come rumore in eccesso, Al contrario, i resistori a filo avvolto hanno la minor quantità di rumore di sfarfallio.

Questo rumore può essere causato da portatori di carica intrappolati e rilasciati in modo casuale tra le interfacce di due materiali. Pertanto questo fenomeno si verifica normalmente nei semiconduttori utilizzati negli amplificatori di strumentazione per la registrazione di segnali elettrici.

Questo rumore è semplicemente proporzionale all'opposto della frequenza. In molte applicazioni come gli oscillatori RF, ci sono molte regioni in cui domina il rumore e altre regioni in cui dominano il rumore bianco proveniente da sorgenti come il rumore dei colpi e il rumore termico. Generalmente, questo rumore alle basse frequenze domina un sistema ben progettato.

Eliminazione del rumore 1/F

In generale, il taglio o Tritatutto tecnica di stabilizzazione viene utilizzata per ridurre la tensione di offset dell'amplificatore. Tuttavia, poiché il rumore dello sfarfallio è vicino al rumore a bassa frequenza CC, viene anche ridotto in modo efficiente utilizzando questa tecnica. Questa tecnica funziona semplicemente tagliando o alternando i segnali i/p nella fase i/p e successivamente tagliando nuovamente i segnali nella fase o/p. Quindi questo è uguale a modulazione con un'onda quadra.

Diagramma a blocchi ADA4522-2 per il rumore di sfarfallio

Nello schema a blocchi ADA4522 sopra, il segnale i/p può essere semplicemente modulato alla frequenza di taglio al CHOP_IN palcoscenico. Il segnale i/p al CHOP_FUORI stadio viene demodulato in modo sincrono alla sua frequenza iniziale e, allo stesso tempo, il rumore di sfarfallio e l'offset dello stadio i/p dell'amplificatore vengono semplicemente modulati alla frequenza di taglio.

Oltre a ridurre la tensione di offset originale, la variazione all'interno della tensione di offset e di modo comune viene ridotta, il che fornisce un'ottima linearità CC e un alto CMRR (rapporto di reiezione di modo comune). Il taglio riduce anche la deriva della tensione di offset e la temperatura, per questo motivo gli amplificatori che utilizzano il taglio sono spesso chiamati amplificatori a deriva zero. Qui, una cosa principale che dobbiamo considerare è che gli amplificatori a deriva zero rimuovono solo il rumore di sfarfallio dell'amplificatore. Qualsiasi rumore di sfarfallio proveniente da varie fonti come il sensore passerà invariato.

Il compromesso utilizzato per il taglio è che imposta gli artefatti di commutazione nell'uscita e migliora la corrente di polarizzazione dell'ingresso. Sull'uscita dell'amplificatore, l'ondulazione e i glitch sono visibili una volta visualizzati su un oscilloscopio e i picchi di rumore sono visibili nella densità spettrale del rumore se visualizzati con un analizzatore di spettro. Dai dispositivi analogici, i più recenti amplificatori a deriva zero come la famiglia di amplificatori a deriva zero ADA4522 utilizzano un offset brevettato e un circuito di correzione dell'ondulazione per ridurre gli artefatti di commutazione.

Il taglio viene utilizzato anche per ADC e amplificatori di strumentazione . Il taglio viene utilizzato per eliminare questo rumore in diversi dispositivi come AD8237 true rail-to-rail, AD7124-4 a basso rumore e bassa potenza, amplificatore per strumentazione a deriva zero, ADC Σ-Δ a 24 bit, ADC Σ-Δ a 32 bit , AD7177-2 rumore ultrabasso, ecc.

Uno dei principali svantaggi dell'utilizzo della modulazione ad onda quadra è che queste onde hanno varie armoniche. Quindi, il rumore ad ogni armonica verrà demodulato in continua. Invece di questo, se usiamo la modulazione dell'onda sinusoidale, allora questo è molto meno vulnerabile al rumore e può migliorare segnali estremamente piccoli nel grande rumore altrimenti presenza di interferenze. Quindi questo approccio viene utilizzato attraverso amplificatori lock-in.

Differenza tra rumore termico e rumore di sfarfallio

La differenza tra rumore termico e rumore di sfarfallio è discussa di seguito.

Rumore termico	Rumore di sfarfallio
Il rumore generato dall'agitazione termica degli elettroni in un conduttore elettrico in equilibrio è noto come rumore termico.	Il rumore causato da portatori di carica intrappolati e rilasciati casualmente tra le interfacce di due materiali è noto come rumore di sfarfallio.
Questo rumore è anche noto come rumore Johnson, rumore Nyquist o rumore Johnson-Nyquist.	Questo rumore è noto anche come rumore 1/f.
Il rumore termico si verifica sempre quando la corrente scorre attraverso il resistore.	Questo rumore si verifica normalmente nei semiconduttori utilizzati in un amplificatore di strumentazione per registrare vari segnali elettrici.
L'intensità del rumore termico sarà ridotta dai componenti di resistenza parassita inferiore.	Questa intensità del rumore verrà ridotta attraverso un metodo di stabilizzazione del chopper o del chopper, ovunque venga ridotta la tensione di offset dell'amplificatore.
Il rumore termico può essere rimosso normalizzando il segnale di retrodiffusione nell'immagine SAR completa, necessaria per l'utilizzo sia quantitativo che qualitativo dei dati SAR.	Questo rumore può essere rimosso con diverse tecniche come l'eccitazione CA e il taglio.

Che cos'è il rumore di sfarfallio nei MOSFET?

I MOSFET hanno un'alta frequenza di taglio (fc) come la gamma GHz mentre BJT & JFET hanno una frequenza di taglio più bassa come 1 kHz. In generale, i JFET a basse frequenze mostrano più rumore rispetto ai BJT e possono avere un 'fc' elevato come diversi kHz e non sono preferiti per il rumore di sfarfallio.

Vantaggi e svantaggi

IL vantaggi del rumore di sfarfallio include il seguente.

È un rumore a bassa frequenza quindi, se la frequenza aumenta, questo rumore verrà ridotto.
È un rumore intrinseco all'interno dei dispositivi a semiconduttore correlato alla procedura di fabbricazione e alla fisica dei dispositivi.
Gli effetti si osservano solitamente a basse frequenze all'interno di componenti elettronici.

IL svantaggi del rumore di sfarfallio include il seguente.

In qualsiasi catena di segnale CC di precisione, questo rumore può limitare le prestazioni.
Il livello di rumore complessivo può essere aumentato rispetto al livello di rumore termico in tutti i tipi di resistori.
Dipende dalla frequenza.

Applicazioni

IL applicazioni del rumore di sfarfallio e includono quanto segue.

Questo rumore si trova in alcuni dispositivi passivi e in tutti i componenti elettronici attivi.
Questo fenomeno si verifica normalmente all'interno dei semiconduttori che vengono principalmente utilizzati per registrare segnali elettrici negli amplificatori di strumentazione.
Questo rumore nei BJT determina i limiti di amplificazione del dispositivo.
Questo rumore si verifica nei resistori a composizione di carbonio.
Generalmente, questo rumore si verifica nei dispositivi attivi perché la carica ha un comportamento casuale.

Q). Perché il rumore di sfarfallio è considerato rosa?

Il rumore rosa è anche chiamato rumore di sfarfallio perché la sua densità di potenza spettrale si riduce di 3 dB per ottava. Quindi, la potenza della banda del rumore rosa è inversamente proporzionale alla frequenza. Quando la frequenza è più alta, allora la potenza è più bassa.

D), Come posso eliminare il rumore di sfarfallio?

Questo rumore può essere efficacemente ridotto attraverso una tecnica di stabilizzazione del chopper in cui la tensione di offset dell'amplificatore viene ridotta.

Q). Come viene misurato il rumore di sfarfallio?

“controllo dei condensatori con un multimetro ”

La misurazione del rumore di sfarfallio in corrente o tensione può essere eseguita in modo simile ad altri tipi di misurazione del rumore. Lo strumento analizzatore di spettro di campionamento prende un campione a tempo finito dal rumore e calcola la trasformata di Fourier attraverso l'algoritmo FFT. Questi strumenti non funzionano a basse frequenze per misurare completamente questo rumore. Quindi, gli strumenti di campionamento sono a banda larga e hanno un rumore elevato. Questi possono ridurre il rumore utilizzando più tracce di campioni e calcolandone la media. Gli strumenti analizzatori di spettro di tipo convenzionale hanno ancora un SNR superiore grazie alla loro acquisizione a banda stretta.

Così, questo è una panoramica del rumore di sfarfallio – lavorare con le applicazioni. Le caratteristiche del rumore di sfarfallio sono; questo rumore aumenta al diminuire della frequenza, questo rumore è associato a una corrente continua all'interno di dispositivi elettronici e include lo stesso contenuto di potenza in ogni ottava. Ecco una domanda per te, cos'è il rumore bianco?