이 모든 소음은 무엇입니까?

사람들은 종종 회로의 노이즈 에 대해 이야기 합니다. 저렴한 연산 증폭기는 잡음이 있으며 모터를 구동 하면 전원 공급 장치에서 잡음이 발생할 수 있으며 많은 아날로그 회로가 신호 대 잡음비를 처리합니다 (즉, 잡음 플로어를 낮게 유지하려고 시도 ).

내 직감은 잡음이 우리가 관심이없는 주파수에서 신호의 존재라는 것입니다. (이것이 맞을 수도 있고 아닐 수도 있습니다.) 그러나 나는이 잡음이 어디서 나오는지 모르겠습니다.

전기 노이즈는 어떻게 나타 납니까? 무엇을 생성합니까? 어떻게 제거합니까?

noise

— 그렉 디온
소스

나는 소음을 두 가지 범주로 나누는 것을 좋아합니다. 기본 소음. (Johnsson 노이즈, 샷 노이즈, 1 / f 노이즈 (아마도) 및 기술 노이즈 (간섭, 진동 등)는 거의 끝이 없을 수 있습니다.) 근본적인 노이즈에 거의 갇혀 있습니다. 좋은 기술로 기술 소음을 줄일 수 있습니다

— George Herold

@GeorgeHerold 왜 플리커 노이즈의 '어쩌면'일까요?

— Spehro Pefhany 2019 년

@SpehroPefhany, 1 / f, 깜박임, 팝콘 노이즈가 중간 인 것 같습니다. IC 사용자로서 나는 그것에 대해 많은 것을 할 수는 없지만 더 나은 기술을 사용하면 칩 제조업체가 더 잘 할 수 있습니다. IC 디자이너에게는 다소 기술적 인 소음입니다.

— George Herold

@GeorgeHerold 저는 여러분의 부서에 동의하지만 훌륭한 칩 디자이너는 기본적인 노이즈를 줄이기 위해 많은 일을 할 수 있다고 생각합니다. CDS 또는 1 / f를위한 자르기, 예를 들어 혼합 할 때 접히는 열 잡음 필터링 ...

— Vladimir Cravero

흥미로운 것은이 질문에 관한 것입니다. 60 년대 Bell Labs에서 일하는 엔지니어들이 회로에서 모든 노이즈를 제거하려고 시도하고 실패했을 때 우주 배경 방사선을 발견하게 된 것은이 질문에 대한 것입니다. 빅뱅 이론을 확인한 것입니다. 그리고 천문학 자들은 거대한 무선 안테나를 만들어이를 "망원경"이라고 부릅니다.

— slebetman

관심없는 주파수의 전력 존재 여부를 쉽게 필터링 할 수 있습니다. 관심있는 주파수의 전력 존재 여부는 필터링 할 수 없으므로 문제입니다.

있다 소음의 몇 가지 주요 소스 . 신호대 잡음비와 같은 맥락에서 간섭 또는 누화와 같은 것들을 잡음으로 간주 할 수 있지만 '저잡음 증폭기'를 구축 할 때는 잡음에 대해 이야기 할 수 있습니다. 이는 고유 한 소음원을 의미합니다.

피할 수없는 노이즈 중 하나는 열 노이즈 입니다. 절대 영점에 있지 않은 물체는 흑체 처럼 행동 하고 전자기 방사선을 방출합니다. 지상, 건물 등으로부터의 흑체 방사가 관심 대역에 나타나고 수신 할 수있는 신호 레벨에 '바닥'을두기 때문에 장거리 RF 통신에 문제가됩니다. 이 잡음은 약 80GHz까지 거의 평평하므로 잡음 전력은 단순히 대역폭과 온도에 비례합니다. 전자 기기의 열 소음을 Johnson noise 라고 합니다.. 존슨 노이즈는 절대 제로가 아니기 때문에 흔들리는 전자 (또는 다른 전하 캐리어)에 의해 생성됩니다. 이것은 회로의 각 저항과 병렬로 전압 소스 또는 전류 소스로 모델링 할 수 있습니다. Johnson 노이즈는 대역폭, 온도 및 저항에 비례합니다.

샷 노이즈 는 전하가 갭 (진공 튜브)을 가로 질러 또는 반도체 접합 (다이오드, BJT)을 통해 이동할 때 발생하는 매우 다른 유형의 노이즈입니다. 전하 운반체는 불연속 적이므로 계산할 수 있으므로 이러한 양자화 된 단위로 전하를 측정해야합니다. 전류가 흐르면 정수의 전하 캐리어가 이동하여 임의의 간격으로 도착합니다. 큰 전류의 경우 변동이 너무 작아 기본적으로 감지 할 수 없습니다. 그러나 매우 작은 전류의 경우 전류는 각 전자마다 하나씩 일련의 '펄스'로 흐릅니다. 결과적으로, 낮은 신호 레벨에서 샷 노이즈가 큰 문제가됩니다. 샷 노이즈는 흰색입니다. 이는 주파수와 무관하며 전체 잡음 전력은 대역폭에 비례한다는 것을 의미합니다.

깜박임 노이즈 또는 1 / f 노이즈 는 다른 유형의 노이즈입니다. 이는 Johnson 노이즈 및 샷 노이즈 외에도 전자 장치에서 발생합니다. 잡음 전력이 주파수의 역수에 비례하기 때문에 깜박임 잡음을 1 / f 잡음이라고합니다. 낮은 주파수에서는 높고 높은 주파수에서는 낮습니다. 깜박임 노이즈는 일반적으로 DC 레벨에 따라 다릅니다.

애벌랜치 노이즈 와 같은 다른 노이즈 소스는 덜 일반적 입니다. 눈사태 소음은 눈사태 고장으로 인해 발생합니다. 눈사태가 발생하는 동안 흐르는 전자는 더 많은 전자를 방출하고 기하 급수적으로 성장하는 전류를 생성합니다. 눈사태 광 검출기와 같은 장치는이 효과를 사용하여 눈사태 고장의 가장자리에있는 장치를 편향시켜 적은 수의 광자를 감지하므로 검출기에 충돌하는 소수의 광자가 충분한 전자를 방출하여 고장을 트리거합니다. 눈사태 고장 동안 전류 흐름은 매우 시끄 럽습니다. 실제로, 눈사태 다이오드가 다양한 RF 구성 요소를 테스트하기위한 RF 노이즈 소스로 사용되는 것은 시끄 럽습니다.

누화, 간섭 및 상호 변조 도 원치 않는 신호의 원천이지만 기술적으로 잡음이 아닙니다. 크로스 토크 및 간섭은 외부 소스에서 나오는 원치 않는 신호입니다. 상호 변조는 비선형 성에서 비롯되며 동일한 매체의 인접 채널이 서로 겹쳐지게합니다. 이것은 많은 수의 채널이 서로 혼합되어 병렬로 전송하려고 할 때 중요한 문제입니다. 일반적으로 이것은 2 Fa-Fb입니다. 예를 들어, 1MHz에서 1kHz 간격으로 두 개의 채널을 전송하면 1.001MHz를 1.000MHz로 전송합니다. IMD는 2 * 1.000-1.001 = 0.999 MHz 및 2 * 1.001-1.000 = 1.002 MHz에서 동일한 간격으로 인접한 채널을 방해하는 전력을 얻을 수 있음을 의미합니다.

— alex.forencich
소스

샷 노이즈에 관한 한 가지. 모든 전류가 쇼트 노이즈를 나타내는 것은 아닙니다. 따라서 배터리와 저항기의 전류는 여전히 샷 노이즈가 없지만 저항기의 Johnson 노이즈는 여전히 발생합니다. 동일한 회로에 순방향 바이어스 PN 다이오드를 붙이면 쇼트 노이즈 ... 또는 빛이 비치는 포토 다이오드의 전류가 표시됩니다. 샷 노이즈는 현재 세대에서 임의의 프로세스, pn 다이오드의 열 여기, 포토 다이오드의 광 여기에서 발생합니다. 이상해

— George Herold

음, 전자는 양자화되므로 전류가 흐르는 곳마다 샷 노이즈가 나타납니다. 그러나 pA 범위와 같이 매우 작은 전류가 필요할 수 있습니다. 그러나 일부 장치는 훨씬 더 높은 전류에서 노이즈가 발생합니다. 접합부의 전압 강하로 인해 다이오드에서 더 분명하다고 생각합니다.

— alex.forencich

Rolf Landauer의 "솔리드 스테이트 샷 노이즈"를 검색 할 수 있습니다. 그것은 이론가로부터 온 하이 엔드에 있습니다. 그러나 요컨대, 나는 포토 다이오드의 샷 노이즈를 측정하고 전자의 전하를 발견했으며 위에서 언급 한 저항 상황에서 동일한 노이즈를 찾았습니다. 나다. (글로벌 전압이있는 저항에는 약간의 과도한 노이즈가 있지만, 샷 노이즈 레벨보다 낮습니다. LIGO의 논문이 있습니다. ( "저항 전류 노이즈"검색)

— George Herold

아, 아시다시피 샷 노이즈를 발생시키는 갭 또는 반도체 접합입니다. 간격이 없으면 전자가 더 부드럽게 흐를 수 있습니다. 저항의 과도한 잡음은 깜박임 잡음을 나타내지 만 저항의 유형에 따라 다릅니다.

— alex.forencich

오, 좋아, 전선과 물건의 전기 흐름은 전자가 뛰어 다니는 것보다 훨씬 부드럽습니다. 당신이 그것에 대해 깊이 생각하고 시도 할 때 다루기가 어려운 일입니다. Landauer 모델은 전체 저항을 가로 지르는 개별 전자에 대해 생각하고 싶다면 벌크 저항에 대해 제안합니다. 전자의 각 산란 이벤트는 저항 전극의 전자장 펄스와 전자장 펄스를 생성하고 샷 노이즈는 다음과 같이 감소합니다. 산란 길이 / 저항 길이로가는 분수.

— George Herold