V operacijskem ojačevalniku so različni viri šuma ( operacijski ojačevalnik ), vendar je najbolj skrivnosten vir hrupa hrup utripanja. To je posledica nepravilnosti v prevodnem pasu in hrupa zaradi prednapetostnih tokov v tranzistorjih. Ta šum narašča obratno sorazmerno s frekvenco, zato ga pogosto imenujemo 1/f šum. Ta šum je prisoten še pri višjih frekvencah; vendar drugi viri hrupa v operacijskem ojačevalniku začnejo nadzorovati in nasprotujejo učinkom hrupa 1/f. Ta hrup bo vplival na delovanje vse elektronike ojačevalci vendar ta vir hrupa nima omejitev znotraj nizkofrekvenčnih sistemov za zajemanje podatkov. Da bi zagotovili najboljšo zmogljivost enosmernega toka, kot sta nizek odmik in nizek začetni odmik, imajo ojačevalniki z ničelnim odmikom tudi dodatno prednost za odpravo utripanja, ki je zelo kritično za nizkofrekvenčne aplikacije. Ta članek obravnava pregled hrup utripanja –delovanje in njegove aplikacije.

Kaj je šum utripanja/opredelitev šuma utripanja?

Utripajoči šum ali 1/f šum je vrsta elektronskega šuma, ki se preprosto pojavi v skoraj vseh elektronskih napravah in lahko prihaja z različnimi drugimi učinki, kot so nečistoče v prevodnem kanalu, generacijski in rekombinacijski šum v tranzistorju zaradi baznega toka. Ta šum se pogosto imenuje roza šum ali 1/f šum. Ta hrup se večinoma pojavlja v vseh elektronskih napravah in ima različne vzroke, čeprav so ti na splošno povezani s pretokom enosmernega toka. Pomemben je na številnih elektronskih področjih in pomemben je v oscilatorjih, ki se uporabljajo kot viri RF.

Ta šum je znan tudi kot nizkofrekvenčni šum, ker se spektralna gostota moči tega šuma poveča, ko se poveča frekvenca. Ta hrup je običajno mogoče opaziti pri frekvenci pod nekaj kHz. Pasovna širina hrupa utripanja se giblje od 10 MHz do 10 Hz.

Enačba hrupa utripanja

Utripanje se preprosto pojavi v skoraj vseh elektronskih komponentah. Torej je ta hrup omenjen v zvezi s polprevodniškimi napravami, kot so tranzistorji in še posebej MOSFET naprave. Ta hrup se lahko izrazi kot

S(f) = K/f

Načelo delovanja hrupa utripanja

Hrup utripanja deluje tako, da poveča skupni nivo hrupa nad nivo toplotnega šuma, ki je prisoten v vseh uporih. Ta šum preprosto najdemo v debelem filmu in ogljikovi sestavni upori povsod, kjer je znan kot odvečni hrup, Nasprotno pa imajo žični upori najmanj utripajočega hrupa.

Ta hrup lahko povzročijo nosilci naboja, ki so ujeti in sproščeni naključno med vmesnikoma dveh materialov. Tako se ta pojav običajno pojavlja v polprevodnikih, ki se uporabljajo v instrumentacijskih ojačevalnikih za snemanje električnih signalov.

“kako deluje senzor žiroskopa ”

Ta hrup je preprosto sorazmeren z nasprotno frekvenco. V številnih aplikacijah, kot so RF oscilatorji, obstaja veliko območij, kjer prevladuje šum, in drugih območij, kjer prevladuje beli šum iz virov, kot sta strelni šum in toplotni šum. Na splošno ta hrup pri nizkih frekvencah prevladuje v pravilno zasnovanem sistemu.

Odpravljanje šuma 1/F

Na splošno je sekljanje oz Sekalnik stabilizacijska tehnika se uporablja za zmanjšanje napetosti odmika ojačevalnika. Ker pa je hrup utripanja blizu nizkofrekvenčnega hrupa enosmernega toka, ga s to tehniko tudi učinkovito zmanjšamo. Ta tehnika preprosto deluje tako, da seka ali izmenjuje signale i/p na stopnji i/p in nato znova seka signale na stopnji o/p. Torej je to enako modulacija s kvadratnim valom.

ADA4522-2 blokovni diagram za hrup utripanja

V zgornjem blokovnem diagramu ADA4522 je mogoče signal i/p preprosto modulirati na frekvenco sekanja pri CHOP_IN stopnja. Signal i/p na CHOP_VEN stopnja se sinhrono demodulira nazaj na svojo začetno frekvenco, hkrati pa sta hrup utripanja in odmik stopnje i/p ojačevalnika preprosto modulirana na frekvenco sekanja.

Poleg zmanjšanja prvotne napetosti odmika se zmanjša sprememba znotraj napetosti odmika in skupnega načina, kar zagotavlja zelo dobro linearnost enosmernega toka in visoko CMRR (razmerje zavrnitve skupnega načina). Sekanje zmanjša tudi odmik napetosti zamika in temperaturo, zaradi tega se ojačevalniki, ki uporabljajo sekanje, pogosto imenujejo ojačevalniki z ničelnim odmikom. Pri tem moramo upoštevati eno glavno stvar, to je, da ojačevalniki z ničelnim zanašanjem odstranijo samo utripanje ojačevalnika. Kakršen koli hrup utripanja iz različnih virov, kot je senzor, bo šel skozi nespremenjen.

Kompromis, ki se uporablja za sekanje, je, da nastavi preklopne artefakte v izhod in poveča vhodni prednapetostni tok. Na izhodu ojačevalnika so valovi in motnje vidni, ko jih gledate na osciloskopu, konice šuma pa so vidne v spektralni gostoti šuma, če jih gledate s spektralnim analizatorjem. Izmed analognih naprav najnovejši ojačevalniki z ničelnim zanosom, kot je družina ojačevalnikov z ničelnim zanosom ADA4522, uporabljajo patentirano vezje zanke za odmik in korekcijo valovanja za zmanjšanje preklopnih artefaktov.

Sekanje se uporablja tudi za ADC in instrumentacijski ojačevalniki . Sekanje se uporablja za odpravo tega hrupa v različnih napravah, kot je AD8237 pravi tirnica-tirnica, AD7124-4 z nizkim šumom in nizko močjo, instrumentacijski ojačevalnik z ničelnim zanašanjem, 24-bitni Σ-Δ ADC, 32-bitni Σ-Δ ADC , AD7177-2 ultra nizek hrup itd.

Ena od glavnih pomanjkljivosti uporabe kvadratne valovne modulacije je, da imajo ti valovi različne harmonike. Torej bo šum pri vsakem harmoniku demoduliran nazaj v enosmerni tok. Namesto tega, če uporabimo modulacijo sinusnega valovanja, potem je to veliko manj občutljivo na hrup in lahko izboljša izjemno majhne signale v velikem hrupu, ki sicer povzroča motnje. Ta pristop se torej uporablja prek zaklepnih ojačevalnikov.

Razlika med toplotnim šumom in utripajočim šumom

Spodaj je obravnavana razlika med toplotnim šumom in utripanjem.

Toplotni šum	Hrup utripanja
Hrup, ki nastane zaradi toplotnega vznemirjenja elektronov v električnem prevodniku v ravnovesju, je znan kot termični šum.	Hrup, ki ga povzročajo naključno ujeti in sproščeni nosilci naboja med dvema vmesnikoma materiala, je znan kot hrup utripanja.
Ta šum je znan tudi kot Johnsonov šum, Nyquistov šum ali Johnson-Nyquistov šum.	Ta šum je znan tudi kot 1/f šum.
Toplotni šum se pojavi vedno, ko tok teče skozi upor.	Ta hrup se običajno pojavi v polprevodnikih, ki se uporabljajo v instrumentalnem ojačevalniku za snemanje različnih električnih signalov.
Intenzivnost toplotnega hrupa bodo zmanjšale komponente nižje parazitske odpornosti.	Intenzivnost tega hrupa se bo zmanjšala s sekalnikom ali metodo stabilizacije sekalnika, kjerkoli se zmanjša napetost odmika ojačevalnika.
Toplotni šum je mogoče odstraniti z normalizacijo signala povratnega sipanja v celotni sliki SAR, kar je potrebno za kvantitativno in kvalitativno uporabo podatkov SAR.	Ta hrup je mogoče odstraniti z različnimi tehnikami, kot sta vzbujanje izmeničnega toka in sekanje.

Kaj je hrup utripanja v MOSFET?

MOSFET-ji imajo visoko mejno frekvenco (fc), kot je območje GHz BJT-ji & JFET-ji imajo nižjo mejno frekvenco, kot je 1 kHz. Na splošno JFET-ji pri nizkih frekvencah povzročajo več hrupa v primerjavi z BJT-ji in imajo lahko visok 'fc' kot nekaj kHz in niso prednostni za utripanje.

Prednosti in slabosti

The prednosti hrupa utripanja vključujejo naslednje.

To je nizkofrekvenčni hrup, tako da se bo ta hrup zmanjšal, če se frekvenca poveča.
To je inherentni šum v polprevodniških napravah, povezan s proizvodnim postopkom in fiziko naprav.
Učinke običajno opazimo pri nizkih frekvencah znotraj elektronskih komponent.

The slabosti hrupa utripanja vključujejo naslednje.

V kateri koli natančni enosmerni signalni verigi lahko ta šum omeji zmogljivost.
Skupni nivo hrupa se lahko poveča nad nivojem toplotnega hrupa pri vseh vrstah uporov.
Odvisen je od frekvence.

Aplikacije

The aplikacije hrupa utripanja e vključujejo naslednje.

“kako se prenašajo analogni signali ”

Ta šum najdemo v nekaterih pasivnih napravah in vseh aktivnih elektronskih komponentah.
Ta pojav se običajno pojavi v polprevodnikih, ki se večinoma uporabljajo za snemanje električnih signalov v instrumentacijskih ojačevalnikih.
Ta hrup v BJT določa ojačevalne omejitve naprave.
Ta hrup se pojavi pri uporih z ogljikovo sestavo.
Na splošno se ta hrup pojavi v aktivnih napravah, ker se polnjenje naključno obnaša.

Q). Zakaj je hrup utripanja rožnat?

Rožnati šum se imenuje tudi utripajoči šum, ker se njegova spektralna gostota moči zmanjša za 3 dB na oktavo. Torej je moč pasu roza šuma obratno sorazmerna s frekvenco. Ko je frekvenca višja, je moč manjša.

V), Kako se znebim utripajočega šuma?

Ta hrup je mogoče učinkovito zmanjšati s tehniko stabilizacije sekalnika, pri kateri se zmanjša napetost odmika ojačevalnika.

Q). Kako se meri šum utripanja?

Meritev hrupa utripanja v toku ali napetosti je mogoče izvesti podobno kot druge vrste meritev šuma. Instrument spektralnega analizatorja za vzorčenje vzame končni časovni vzorec šuma in izračuna Fourierjevo transformacijo prek algoritma FFT. Ti instrumenti ne delujejo pri nizkih frekvencah, da bi popolnoma izmerili ta hrup. Torej so instrumenti za vzorčenje širokopasovni in imajo visok hrup. Ti lahko zmanjšajo hrup z uporabo več vzorčnih sledi in njihovim povprečenjem. Konvencionalni instrumenti spektralnega analizatorja imajo zaradi svojega ozkopasovnega zajema še vedno boljši SNR.

Torej, to je pregled hrupa utripanja – delo z aplikacijami. Značilnosti hrupa utripanja so: ta hrup se poveča, ko se frekvenca zmanjša, ta hrup je povezan z enosmernim tokom v elektronskih napravah in vključuje enako vsebnost moči v vsaki oktavi. Tukaj je vprašanje za vas, kaj je beli šum?