Virvendusmüra: töö, kõrvaldamine, erinevused ja selle rakendused

Operatsioonivõimendis on mitmesuguseid müraallikaid ( operatsioonivõimendi ), kuid kõige salapärasem müraallikas on virvendusmüra. Selle põhjuseks on juhtivusraja ebakorrapärasused ja müra, mis on tingitud transistoride nihkevooludest. See müra suureneb pöördvõrdeliselt läbi sageduse, seetõttu nimetatakse seda sageli 1/f müraks. See müra esineb endiselt kõrgematel sagedustel; aga teised operatsioonivõimendi müraallikad hakkavad kontrollima, vastandudes 1/f müraefektidele. See müra mõjutab kogu elektroonikat, näiteks töövõimet võimendid kuid sellel müraallikal ei ole madala sagedusega andmehõivesüsteemides piiranguid. Parima alalisvoolu jõudluse (nt madala nihkega triivi ja väikese algnihke) tagamiseks on nulltriiviga võimenditel ka lisaeelis, et kõrvaldada virvendusmüra, mis on madala sagedusega rakenduste puhul väga oluline. Selles artiklis käsitletakse ülevaadet virvendusmüra – töötamine ja selle rakendused.

Mis on virvendusmüra/väreluse müra määratlus?

Virvendusmüra ehk 1/f müra on teatud tüüpi elektrooniline müra, mida lihtsalt esineb peaaegu kõigis elektroonikaseadmetes ja millega võivad kaasneda mitmesugused muud efektid, nagu näiteks juhtivas kanalis olevad lisandid, generatsiooni- ja rekombinatsioonimüra transistori sees baasvoolu tõttu. Seda müra nimetatakse sageli roosaks müraks või 1/f müraks. See müra esineb peamiselt kõigis elektroonikaseadmetes ja sellel on erinevad põhjused, kuigi need on üldiselt seotud alalisvooluga. See on oluline paljudes elektroonikavaldkondades ja see on oluline raadiosagedusallikatena kasutatavates ostsillaatorites.

Seda müra tuntakse ka madala sagedusega mürana, kuna sageduse suurendamisel suureneb selle müra võimsusspektri tihedus. Seda müra võib tavaliselt täheldada alla mõne KHz. Virvendusmüra ribalaius on vahemikus 10 MHz kuni 10 Hz.

Virvendusmüra võrrand

Virvendusmüra esineb lihtsalt peaaegu kõigis elektroonikakomponentides. Nii et seda müra mainitakse seoses pooljuhtseadmetega, nagu transistorid ja eriti MOSFET seadmeid. Seda müra saab väljendada järgmiselt

S(f) = K/f

Virvendusmüra tööpõhimõte

Virvendusmüra suurendab üldist mürataset üle termilise müra taseme, mis esineb kõigis takistites. Seda müra leidub lihtsalt paksus kiles ja süsiniku koostisega takistid , kus seda tuntakse liigse mürana, Seevastu traattakistitel on kõige vähem virvendusmüra.

Seda müra võivad põhjustada laengukandjad, mis jäävad lõksu ja vabanevad juhuslikult kahe materjali liideste vahel. Seega esineb see nähtus tavaliselt pooljuhtides, mida kasutatakse elektriliste signaalide salvestamiseks seadmete võimendites.

See müra on lihtsalt võrdeline sageduse vastandiga. Paljudes rakendustes, nagu RF-ostsillaatorid, on palju piirkondi, kus domineerib müra, ja teisi piirkondi, kus domineerib valge müra, mis pärineb allikatest, nagu võttemüra ja termiline müra. Üldiselt domineerib see müra madalatel sagedustel korralikult kavandatud süsteemis.

1/F müra kõrvaldamine

Üldjuhul tükeldamine või Chopper stabiliseerimistehnikat kasutatakse võimendi nihkepinge vähendamiseks. Kuid kuna virvendusmüra on alalisvoolu madala sagedusega müra lähedal, vähendatakse seda tehnikat kasutades tõhusalt. See tehnika toimib lihtsalt i/p faasis olevate i/p signaalide tükeldamise või vaheldumise teel ja pärast seda signaale o/p etapis uuesti tükeldades. Nii et see on võrdne modulatsioon kandilise lainega.

Ülaltoodud ADA4522 plokkskeemil saab i/p signaali lihtsalt CHOP-i tükeldamise sagedusele moduleerida. _IN etapp. I/p signaal CHOP-is _VÄLJAS aste demoduleeritakse sünkroonselt tagasi algsagedusele ja samal ajal moduleeritakse võimendi i/p astme virvendusmüra ja nihe lihtsalt tükeldamise sagedusele.

Lisaks algse nihkepinge vähendamisele vähendatakse nihke ja ühisrežiimi pinge muutust, mis tagab väga hea alalisvoolu lineaarsuse ja kõrge CMRR-i (common-mode rejection ratio). Hakkimine vähendab ka nihkepinge triivi ja temperatuuri, seetõttu nimetatakse tükeldamist kasutavat võimendit sageli nulltriiviga võimendiks. Siin peame arvestama ühe peamise asjaga, see on see, et nulltriiviga võimendid eemaldavad ainult võimendi virvendusmüra. Erinevatest allikatest, nagu andur, kostuv virvendusmüra läbib muutumatul kujul.

Tükeldamisel kasutatav kompromiss seisneb selles, et see lülitab artefaktid väljundisse ja suurendab sisendi eelpingevoolu. Võimendi väljundis on pulsatsioon ja häired nähtavad pärast ostsilloskoobi vaatamist ning müra naelad on spektranalüsaatoriga vaadates nähtavad ka müra spektraaltiheduses. Analoogseadmetest kasutavad uusimad nulltriiviga võimendid, nagu ADA4522 nulltriiviga võimendite perekond, patenteeritud nihke- ja pulsatsiooniparandusahela ahelat, et vähendada lülitusartefakte.

Tükeldamist kasutatakse ka ADC-de ja mõõteriistade võimendid . Tükeldamist kasutatakse selle müra kõrvaldamiseks erinevates seadmetes, nagu AD8237 tõeline rööbastee, AD7124-4 madala mürataseme ja väikese võimsusega, nulltriiviga mõõteriistade võimendi, 24-bitine Σ-Δ ADC, 32-bitine Σ-Δ ADC , AD7177-2 ülimadal müra jne.

Ruutlaine modulatsiooni kasutamise üks peamisi puudusi on see, et neil lainetel on erinevad harmoonilised. Seega demoduleeritakse iga harmoonilise müra alalisvoolu tagasi. Selle asemel, kui kasutame siinuslaine modulatsiooni, on see müra suhtes palju vähem tundlik ja võib suure müra korral parandada väga väikeseid signaale, muidu häireid. Nii et seda lähenemisviisi kasutatakse lukustusvõimendite kaudu.

Erinevus termilise müra ja virvendusmüra vahel

Termilise müra ja virvendusmüra erinevust käsitletakse allpool.

Mis on virvendusmüra MOSFETis?

MOSFET-idel on kõrge piirsagedus (fc), nagu GHz vahemik BJT-d & JFET-idel on madalam piirsagedus, näiteks 1 kHz. Üldiselt tekitavad madalatel sagedustel JFET-id võrreldes BJT-dega rohkem müra ja neil võib olla kõrge fc, näiteks mitu kHz, ja neid ei eelistata virvendusmüra jaoks.

Eelised ja miinused

The virvendusmüra eelised sisaldama järgmist.

• See on madala sagedusega müra, nii et kui sagedus suureneb, siis see müra väheneb.
• See on pooljuhtseadmetele omane müra, mis on seotud seadmete tootmisprotseduuri ja füüsikaga.
• Mõju täheldatakse tavaliselt elektrooniliste komponentide madalatel sagedustel.

The virvendusmüra puudused sisaldama järgmist.

• Igas täpses alalisvoolu signaaliahelas võib see müra jõudlust piirata.
• Üldist mürataset saab tõsta üle termilise müra taseme igat tüüpi takistites.
• See sõltub sagedusest.

Rakendused

The virvendusmüra rakendused e sisaldama järgmist.

• Seda müra leidub mõnes passiivses seadmes ja kõigis aktiivsetes elektroonikakomponentides.
• See nähtus esineb tavaliselt pooljuhtides, mida kasutatakse peamiselt elektriliste signaalide salvestamiseks instrumentaalvõimendites.
• See müra BJT-des määrab seadme võimendamise piirangud.
• See müra esineb süsiniku koostisega takistites.
• Üldiselt esineb see müra aktiivsetes seadmetes, kuna laeng käitub juhuslikult.

Q). Miks peetakse virvendusmüra roosaks?

Roosat müra nimetatakse ka virvenduseks, kuna selle spektraalne võimsustihedus väheneb 3 dB oktaavi kohta. Seega on roosa mürariba võimsus pöördvõrdeline sagedusega. Kui sagedus on kõrgem, on võimsus väiksem.

K), Kuidas virvendusmürast lahti saada?

Seda müra saab tõhusalt vähendada chopperi stabiliseerimistehnika abil, kus võimendi nihkepinget vähendatakse.

Q). Kuidas väreluse müra mõõdetakse?

Virvendusmüra mõõtmist voolus või pinges saab teha sarnaselt muud tüüpi müra mõõtmisega. Diskreetimisspektri analüsaator võtab mürast piiratud aja proovi ja arvutab FFT-algoritmi abil Fourier' teisenduse. Need instrumendid ei tööta madalatel sagedustel, et seda müra täielikult mõõta. Seega on proovivõtuinstrumendid lairibaühendused ja neil on kõrge müra. Need võivad müra vähendada, kasutades mitut näidisjälge ja nende keskmistamist. Tavapärastel spektrianalüsaatoritel on kitsaribalise omandamise tõttu endiselt parem SNR.

Seega on see ülevaade virvendusmürast – rakendustega töötamine. Virvendusmüra omadused on; see müra suureneb sageduse vähenemisel, see müra on seotud alalisvooluga elektroonikaseadmetes ja see sisaldab igas oktavis sama võimsust. Siin on teile küsimus, mis on valge müra?