Le misure di rumore in bassa frequenza

Nel progetto di un dispositivo in cui sia indispensabile che i segnali ingresso-uscita non vengano corrotti da indesiderati disturbi elettrici che possiamo definire “rumore”, sia esterni che interni al dispositivo, è fondamentale rilevare e misurare l’entità di questo rumore. Il rumore è ovunque presente in ogni elemento circuitale di un dispositivo, come il rumore termico ad esempio in un resistore o nei transistor, nelle correnti di dispersione dei condensatori, negli elementi attivi di un VCO manifestandosi attraverso piccole fluttuazioni di frequenza definite come rumore di fase. Il rumore, inoltre, può addirittura crescere se si trova sommato al segnale di ingresso di un amplificatore operazionale che quindi amplifica segnale+rumore, ma non solo, oltre a rumore in ingresso amplificato, l’operazionale in uscita si troverà anche il rumore proprio dell’amplificatore stesso. Il progettista di un dispositivo deve quindi tener conto di quale entità di rumore ha a che fare in modo tale che ciò gli consenta di adottare opportuni interventi per minimizzare gli effetti deleteri alla circuiteria.

Introduzione

Un importante supporto per il progettista nelle misure di rumore a bassa frequenza è l'analizzatore di rumore, uno strumento di misura specializzato per accurate misure a bassa frequenza 1/f denominato Low-Frequency Noise Analyzer” (LFNA). Da un avanzato e potente analizzatore di rumore, specializzato nelle misure Low Frequency, il progettista di un dispositivo può ricavare modelli di inviluppi mediante potenti hardware e software di gestione. Una volta ottenuto il modello, il progettista può utilizzarlo come inviluppo di input di test da passare al circuito di progetto. Quindi, partendo dalla fase relativa alla caratterizzazione del dispositivo per il rilevamento dei dati di rumore, si ricava il modello dell’inviluppo cosicchè il progettista può realizzare il progetto del circuito tenendo conto del modello di rumore. Nella figura 1 viene rappresentato quanto su detto.

Figura 1: caratterizzazione del dispositivo per il modellamento del rumore

La Densità Spettrale di Rumore

Nel dominio del tempo il rumore si manifesta come delle aleatorie variazioni di tensione picco picco o riferite al valore efficace di tensione RMS. Quello che è interessante comprendere è il contenuto di frequenze sottese alle fluttuazioni di tensione nel dominio del tempo. Il contenuto di frequenze, se vogliamo considerarlo come entità nel campo delle analisi spettrali, può essere interpretato come densità spettrale di rumore di tensione (en) o di corrente (in) le cui unità di misura rispettive sono V/√Hz e A/√Hz. Ora, se vogliamo misurare la potenza di rumore in termini di valore efficace RMS dobbiamo considerare questo contenuto di frequenze aleatorie, o densità spettrale di rumore, misurandone l’entità all’interno di una determinata larghezza di banda.

Nel modellamento dell’inviluppo di rumore, nella stragrande maggioranza dei casi vengono considerate due tipologie di forme di rumore:

  1. il rumore bianco, o rumore di fondo, il cui andamento spettrale in frequenze è costante;
  1. il rumore 1/f flicker noise (anche detto rumore rosa), in cui la densità spettrale è inversamente proporzionale al valore della frequenza.

Nella figura 2 viene mostrata la fluttuazione di ampiezza nel dominio del tempo e i relativi istogrammi del rumore bianco e del flicker noise. Gli istogrammi della figura 2 mostrano che sono più elevati picchi di tensione del rumore bianco rispetto a quelli del rumore rosa. La figura 3 mostra [...]

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Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 18 maggio 2017

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