1/f 噪音,有限制吗?

电器工程 噪音 噪声谱密度
2022-01-30 08:04:24

基本上我的问题是:

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我怀疑噪声密度会达到无穷大,因为我们可以在任何直流电路中达到极限 f→0,而极限 f→∞(这是一种理想化,因为对于足够的 f,所有电路都表现为低通)。

如果噪声密度是有限的,f 是多少,它是如何衰减的?

4个回答

在较低频率下,不太常见的事件成为信号的一部分,以秒为单位的心跳和脚步声在几周的范围内有电风暴,在几个月的范围内有季节性影响,在几年的范围内有地震等......

在 \$2.3\times10^{−18}Hz\$ 必须包括大爆炸 :)

\$ ~f ~go \to 1/\infty ?\$ unknown ,未经证实但接近它

\$\dfrac{1V}{\sqrt{Hz}} @10^{-14} Hz\$ 等于....等等

= 31,709.8 个世纪 .. 现在有点闪烁,但哪个世纪?

这是伽马波将电子击出轨道的概率吗?

在音频中,它被称为“粉红噪声”,它存在于自然界中的任何地方。

真正的原因尚不清楚,但只要你测量它,它就一直存在,即使是过去的 60 年,就像已经完成的那样。

中国科学家所知道的是, 1/f噪声的来源是系统与随机效应的相互作用。

在尘埃颗粒大小中,如果我们将单位体积中尘埃颗粒的出现频率等同起来,我们会看到相同的数量与大小的直方图。他们能走多小?只有粒子物理学家才能回答这个问题,他们不断寻找需要更多能量的小粒子。

1 M.Keshner,1/f noise,proceedings of the IEEE, 70(1982), pg212-218
[2] B.Mendlebrot and R.Voss, Noise in physical System and 1/f Noise,
Elsevier Science, 1983, ch . 为什么是分形以及何时应该通过缩放来产生噪声?,pg31-39
[3] RFVoss 和 J.Clarke,1/f 音乐和语音中的噪声,Nature,258(1975),pg31-38
[4] BBManderbrot,一些噪声1/f 频谱,直流和白噪声之间的桥梁,IEEE Transaction on Information Theory,IT-13(1967),pg289-298 [5] BBManderbrot 和 JWVNess,分数布罗文运动,分数噪声和应用,暹罗评论,10( 1968), pg422-437
[6] V.Solo, 本征随机函数和 1/f 噪声的悖论, SIAM 应用数学杂志, 52(1992), pg270-291
[7] XCZhu 和 Y.Yao,HgCdTe 光电导体的低频噪声,红外研究,8(1989)5,pg375-380。[
8] MKYu, FSLiu, 1/f noise theory of 1/f noise, Physics Acta, 32(1983)5, pg593-606,
[9] J.Clark and G.Hawking,物理。Rev. B14(1974)2862
[10] J.Kurkijarvi, Phys. Rev. B6(1972)832
[11] 高安秀树, 分数结, 地震出版社,1994,pg63-65
[12] 徐胜龙, 1/f 噪声探索, 技术声学, 1997 , pg63-67
[13] 徐升龙, 1/f 噪声的统计动力学, 红外技术, 25(2003), pg63-67
[14] 徐升龙, 1/f 噪声统计动力学再研究, 中国测量技术,33(2007), pg79- 83
[15] 吴培军,钛膜微桥的低频1/f电压噪声,中国低温物理学报,16(1994),pg350-353

几十年来一直阅读固态电路杂志,其中各种形式的噪声的各种原因是锁相环性能的关键讨论,我将提供一些来自 ATT 或 IBM 在年度 ISSCC(会议) 大约 2005 年。

晶体表面有各种俘获电荷,也埋在晶体内部的各种非理想非立方“位错”处,各种完美区域以不完美的原子图案相遇。

这些被俘获的电荷有弛豫时间,从几微秒到几秒(也许更长)。因此,当单个电子从这些微小的存储位置逸出时,我们会看到微小的脉冲。有限带宽测量系统或我们的电路将这些脉冲四舍五入为“噪声”。

随着信号极性反转,电荷再次以微小脉冲的形式移回这些电荷陷阱。

显然,在很长的弛豫时间内有更多的电荷陷阱,我们在较低的频率下获得了更多的能量。

更清洁的硅表面可降低 1/F 噪声。

内部位错较少的硅晶锭(由区域精炼机提供的几乎纯 12" x 24" 的巨大野兽)降低了 1/F 噪声。

这是红线。不是绿色的。

我喜欢将 1/f 噪声视为热噪声,热量在硅芯片(或晶体管)的不同部分移动。如果你曾经看过火中炽热的余烬,它可能类似于那些温度波动,但规模不同(至少我是这么认为的 1/f 噪声)。

没有办法真正知道 AOE(霍洛维茨和希尔的电子艺术第三版)所说的:

您经常听到有关符合“1/f 定律”的低频噪声功率的说法,好像涉及到一些法定要求。起初您可能会认为这不可能是真的,因为(您对自己说)1/f 功率谱不能永远持续下去,因为它意味着无限的噪声幅度。如果您等待的时间足够长,输入失调电压(或本例中的输入电流)将变得无界。事实上,关于低频噪声灾难的流行神话(你的想法可能会成为受害者)是毫无根据的:即使噪声功率密度一直以 1/f 一直持续到零频率,它的总噪声功率(即噪声功率密度的积分)仅在对数上发散,假设 \$ \int f^{−1}df = \log f \$。给它一些数字,在 1 微赫兹和 10 赫兹之间的纯 1/f 频谱中的总噪声功率仅比 0.1 赫兹和 10 赫兹之间的噪声功率大 3.5 倍;再下降 6 个十年(至 10−12 Hz),相应的比率仅增长到 6.5。换句话说,1/ f 总噪声功率,一直下降到 32,000 年的倒数频率(当时尼安德特人仍在地球上漫游,并且没有运算放大器),仅比通常数据表中的 0.1–10 Hz“低频噪声”。灾难就这么多。为了查明实际运算放大器的低频噪声是否继续符合 1/f 频谱,我们测量了 LT1012 运算放大器的电流噪声频谱,一直下降到 0.5 毫赫兹,130 得到图 8.107 的结果。正如我们上面所说,这个运算放大器的不寻常之处在于它的电流噪声密度在 1Hz 附近的十年内比通常的 1/√f(粉红噪声)上升得更快;但即便如此,它还是回到了典型的粉红噪声,并最终变得更接近“淡白色”(f -1/4 或更慢)。您可以得出结论,这证明了 1/ f 行为一直到零的非物理性质。但还有另一种可能的解释,即这个运算放大器受到一些轻微的突发噪声的影响。这将与 1Hz 附近的“快于粉红”的斜率一致(回忆图 8.6 中的突发噪声频谱),它还会导致您错误地将“慢于粉红”的斜率归因于低频图 8.107 中的频谱结束。但即便如此,它还是回到了典型的粉红噪声,并最终变得更接近“淡白色”(f -1/4 或更慢)。您可以得出结论,这证明了 1/ f 行为一直到零的非物理性质。但还有另一种可能的解释,即这个运算放大器受到一些轻微的突发噪声的影响。这将与 1Hz 附近的“快于粉红”的斜率一致(回忆图 8.6 中的突发噪声频谱),它还会导致您错误地将“慢于粉红”的斜率归因于低频图 8.107 中的频谱结束。但即便如此,它还是回到了典型的粉红噪声,并最终变得更接近“淡白色”(f -1/4 或更慢)。您可以得出结论,这证明了 1/ f 行为一直到零的非物理性质。但还有另一种可能的解释,即这个运算放大器受到一些轻微的突发噪声的影响。这将与 1Hz 附近的“快于粉红”的斜率一致(回忆图 8.6 中的突发噪声频谱),它还会导致您错误地将“慢于粉红”的斜率归因于低频图 8.107 中的频谱结束。但还有另一种可能的解释,即这个运算放大器受到一些轻微的突发噪声的影响。这将与 1Hz 附近的“快于粉红”的斜率一致(回忆图 8.6 中的突发噪声频谱),它还会导致您错误地将“慢于粉红”的斜率归因于低频图 8.107 中的频谱结束。但还有另一种可能的解释,即这个运算放大器受到一些轻微的突发噪声的影响。这将与 1Hz 附近的“快于粉红”的斜率一致(回忆图 8.6 中的突发噪声频谱),它还会导致您错误地将“慢于粉红”的斜率归因于低频图 8.107 中的频谱结束。

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对我来说最有趣的图表是 8.106,它显示了具有不同滤波的低噪声放大器的时间序列。最大振幅噪声为 100Hz-1kHz,然后是 0.1-1Hz。如果这个图继续到 0.01-0.1Hz,它可能不会增加太多(并且没有运行该测试,因为它需要太长时间或者滤波器很难构建。但是做一个思想实验,取 0.1Hz -1Hz 并从一端到另一端堆叠几次。幅度不会增加,但你只是增加了时间,所以如果你要进行 FFT,你不会看到幅度增加,并且在某些时候它会回到 DC这将是零附近的值。为什么为零?因为那是噪声的平均值所在的位置。

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在我的工作中,我运行了月份规模的 FFT(我手头没有),但它们确实趋于平缓并且不会永远上升。

第二件事要注意的是,在半小时到几天的范围内,您将有许多其他噪声源,您正在进入温度噪声范围。空调、昼夜循环、天气和压力开始影响低水平测量。