这些噪音到底是怎么回事?


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人们经常谈论电路中的噪声。便宜的运算放大器是嘈杂,运行马达可以创建噪声上的供应,和大量的模拟电路的处理的信号对噪声比(即:试图保持噪声地板低)。

我的直觉是,噪声是在我们不感兴趣的频率处出现的信号。(这可能是正确的,也可能是不正确的。)但是,我不知道这种噪声来自何处。

电气噪声如何出现?是什么产生的?我如何摆脱它?


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我喜欢将噪声分为两类:基本噪声。(Johnsson噪声,散粒噪声,1 / f噪声(也许)和技术噪声。(干扰,振动..列表几乎是无穷无尽的。)您几乎陷于基本噪声中..尽管您可以做一些疯狂的事情,例如降低温度。好的技术可以降低技术噪音
乔治·赫罗德

@GeorgeHerold为什么“也许”出现闪烁噪声?
Spehro Pefhany,2015年

@ SpehroPefhany,1 / f井,闪烁,在我看来,爆玉米花的声音中等。作为一名IC用户,我对此无能为力,但是有了更好的技术,芯片制造商可以使它变得更好。因此,这对IC设计人员来说是一种技术噪音。
George Herold

@GeorgeHerold我同意您的部门,但我认为优秀的芯片设计师可以做很多事情来减少基本噪声。CDS或斩波为1 / f,例如,滤除在混合或类似情况下会折叠的热噪声。
Vladimir Cravero 2015年

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有趣的是,正是这个问题是由60年代贝尔实验室的工程师提出的,他们试图消除电路中的所有噪声并进行故障处理后才发现宇宙背景辐射。这证实了大爆炸理论。并导致天文学家建造了巨大的无线电天线,并将其称为“望远镜”。
slebetman

Answers:


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不需要的频率处的功率存在可以轻松地滤除。问题在于您感兴趣的频率处是否存在功率,因为​​无法将其滤除。

几种主要的噪声源。不过,这取决于您在说什么环境-在信噪比的情况下,诸如干扰或串扰之类的东西可以视为噪声,但是当您构建“低噪声放大器”时,这是指固有的噪声源。

不可避免的噪声源之一就是热噪声。任何不位于绝对零位置的物体的行为都像黑色物体,并辐射电磁辐射。对于远程RF通信来说,这是一个问题,因为来自地面,建筑物等的黑体辐射会出现在感兴趣的频带中,并在可以接收的信号电平上打上“底线”。这种噪声在80 GHz左右或多或少是平坦的,因此噪声功率仅与带宽和温度成正比。电子产品中的热噪声称为约翰逊噪声。约翰逊噪声是由于电子(或其他电荷载流子)不是绝对为零而在周围摆动而产生的。可以将其建模为与电路中每个电阻器串联的电压源或与之并联的电流源。约翰逊噪声与带宽,温度和电阻成正比。

散粒噪声是一种非常不同的噪声,当电荷跨过间隙(真空管)或通过半导体结(二极管,BJT)移动时会发生。由于电荷载流子是离散的(可以计数),因此必须以这些量化单位来测量电荷。当电流流动时,整数个电荷载流子将移动,以随机间隔到达。对于大电流,波动很小,基本无法检测到。但是,对于非常小的电流,电流将以一系列“脉冲”流动,每个电子一个。结果,散粒噪声成为低信号电平下的大问题。散粒噪声为白色;这意味着它与频率无关,总噪声功率与带宽成正比。

闪烁噪声,或 1 / f噪声是另一种不同类型的噪声。除约翰逊噪声和散粒噪声外,这种情况还会在电子设备中发生。闪烁噪声称为1 / f噪声,因为噪声功率与频率的倒数成正比-在低频时较高,而在高频时较低。通常,闪烁噪声取决于直流电平。

其他噪声源则不太常见,例如雪崩噪声。雪崩噪声是由雪崩击穿引起的。在雪崩击穿期间,流动的电子释放更多的电子,并产生指数增长的电流。诸如雪崩光电探测器之类的设备利用此效应通过将设备偏置在雪崩击穿边缘上来检测少量光子,因此,撞击探测器的少量光子将释放足够的电子来触发击穿。雪崩击穿期间的电流非常嘈杂。实际上,它是如此嘈杂,以致雪崩二极管被用作RF噪声源来测试各种RF组件。

串扰,干扰和互调也是有害信号的来源,但从技术上讲,这些不是噪声。串扰和干扰是来自外部源的有害信号。互调来自非线性,并导致同一介质中的相邻通道相互叠加。当试图并行传输大量信道时,这是一个主要问题,因为它们相互混合。通常,这是2 Fa-Fb。例如,如果我在1 MHz上以1 kHz间隔发送两个信道,则我在1.000 MHz上发送1.000 MHz。IMD意味着我将在2 * 1.000-1.001 = 0.999 MHz和2 * 1.001-1.000 = 1.002 MHz上获得一些功率,这将干扰相同间距的相邻信道。


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很好,关于散粒噪声的一件事。并非所有电流都显示散粒噪声。因此,来自电池和电阻器的电流将不会有散粒噪声,尽管电阻器的约翰逊噪声仍然如此。将正向偏置的PN二极管粘贴在同一电路中,它将显示散粒噪声……或来自光敏二极管的光电二极管的电流。散粒噪声是在电流产生过程中存在随机过程,pn二极管中的热激发,光电二极管中的光激发时发生的。有点怪。
乔治·赫罗德

嗯,电子被量化了,所以无论何时有电流流过,您都会看到散粒噪声。但是您可能需要非常小的电流-例如pA范围。但是,某些设备在较高电流下会产生散粒噪声。我相信由于结的压降,在二极管中更明显。
alex.forencich 2015年

您可能要查找Rolf Landauer的“固态散粒噪声”。来自理论家,这有点高端。但就您的观点而言,我已经测量了光电二极管的散粒噪声(并找到了电子的电荷),并且还在上面提到的电阻器情况下寻找了相同的噪声。娜达 (好吧,电阻两端的电压有一点点多余的噪声,但它远低于散粒噪声水平... LIGO有一篇论文...(“电阻电流噪声”的搜索)
George Herold

嗯,我知道-是间隙或半导体结产生散粒噪声。没有间隙,电子可以更顺畅地流动。至于电阻器中的多余噪声,它们确实会表现出闪烁噪声,但这确实取决于电阻器的类型。
alex.forencich

哦,好,是的,电线和物体中的电流比电子跳来流去要平滑得多。当您尝试对此进行深入思考时,这是很难解决的。Landauer的模型针对体电阻器建议,如果我们要考虑一些单个电子横穿整个电阻器,那就是电子的每个散射事件都会在电阻器的电极上产生并产生电场脉冲,从而散粒噪声会降低随散射长度/电阻长度而变化的分数。
George Herold 2015年
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