El ruido de parpadeo es un tipo de ruido electrónico con una densidad espectral de potencia de 1/ f . Por lo tanto, a menudo se lo denomina ruido 1/ f o ruido rosa , aunque estos términos tienen definiciones más amplias. Se produce en casi todos los dispositivos electrónicos y puede presentarse con una variedad de otros efectos, como impurezas en un canal conductor , ruido de generación y recombinación en un transistor debido a la corriente de base, etc.
El ruido 1/ f en la corriente o el voltaje suele estar relacionado con una corriente continua , ya que las fluctuaciones de resistencia se transforman en fluctuaciones de voltaje o corriente mediante la ley de Ohm . También existe un componente 1/ f en los resistores sin corriente continua a través de ellos, probablemente debido a las fluctuaciones de temperatura que modulan la resistencia. Este efecto no está presente en la manganina , ya que tiene un coeficiente de temperatura de resistencia insignificante . [1] [2]
En los dispositivos electrónicos, se presenta como un fenómeno de baja frecuencia, ya que las frecuencias más altas se ven eclipsadas por el ruido blanco de otras fuentes. Sin embargo, en los osciladores , el ruido de baja frecuencia se puede mezclar con frecuencias cercanas a la portadora , lo que da como resultado el ruido de fase del oscilador .
Su contribución al ruido total se caracteriza por la frecuencia de esquina f c entre la región de baja frecuencia dominada por el ruido de parpadeo y la región de frecuencia más alta dominada por el espectro plano de ruido blanco. Los MOSFET tienen un f c alto (puede estar en el rango de GHz). Los JFET y BJT tienen un f c más bajo alrededor de 1 kHz , [3] pero los JFET generalmente exhiben más ruido de parpadeo a bajas frecuencias que los BJT, y pueden tener f c tan alto como varios kHz en JFET no seleccionados para ruido de parpadeo. [4]
Por lo general, tiene una distribución gaussiana [ dudoso – discutir ] y es reversible en el tiempo . [5] Se genera por un mecanismo lineal en resistencias y FET , pero por un mecanismo no lineal en BJT y diodos . [5]
La densidad espectral del voltaje de ruido de parpadeo en MOSFET como función de la frecuencia f se modela a menudo como , donde K es la constante dependiente del proceso, es la capacitancia del óxido , W y L son el ancho y la longitud del canal respectivamente. [6] Este es un modelo empírico y generalmente se piensa que es una simplificación excesiva. [7]
El ruido de parpadeo se encuentra en resistencias de composición de carbono y en resistencias de película gruesa , [8] donde se lo conoce como ruido excesivo , ya que aumenta el nivel de ruido general por encima del nivel de ruido térmico , que está presente en todas las resistencias. Por el contrario, las resistencias bobinadas tienen la menor cantidad de ruido de parpadeo. Dado que el ruido de parpadeo está relacionado con el nivel de CC , si la corriente se mantiene baja, el ruido térmico será el efecto predominante en la resistencia, y el tipo de resistencia utilizada puede no afectar los niveles de ruido, dependiendo de la ventana de frecuencia.
La medición del espectro de ruido 1/ f en voltaje o corriente se realiza de la misma manera que la medición de otros tipos de ruidos. Los analizadores de espectro de muestreo toman una muestra de tiempo finito del ruido y calculan la transformada de Fourier mediante el algoritmo FFT . Luego, después de calcular el valor absoluto al cuadrado del espectro de Fourier, calculan su valor promedio repitiendo este proceso de muestreo un número suficientemente grande de veces. El patrón resultante es proporcional al espectro de densidad de potencia del ruido medido. Luego se normaliza por la duración de la muestra de tiempo finito y también por una constante numérica del orden de 1 para obtener su valor exacto. Este procedimiento proporciona datos espectrales correctos solo profundamente dentro de la ventana de frecuencia determinada por el recíproco de la duración de la muestra de tiempo finito (extremo de baja frecuencia) y la frecuencia de muestreo digital del ruido (extremo de alta frecuencia). Por lo tanto, las décadas superior e inferior del espectro de densidad de potencia obtenido generalmente se descartan del espectro. Los analizadores de espectro convencionales que barren una banda filtrada estrecha sobre la señal tienen una buena relación señal-ruido (SNR), ya que son instrumentos de banda estrecha. Estos instrumentos no funcionan a frecuencias lo suficientemente bajas como para medir completamente el ruido de parpadeo. Los instrumentos de muestreo son de banda ancha y, por lo tanto, tienen un alto nivel de ruido. Reducen el ruido tomando múltiples trazas de muestra y promediándolas. Los analizadores de espectro convencionales aún tienen una mejor relación señal-ruido debido a su adquisición de banda estrecha.
En las mediciones de CC, el ruido 1/ f puede ser particularmente problemático, ya que es muy significativo a bajas frecuencias y tiende a infinito con la integración/promedio en CC. A frecuencias muy bajas, se puede pensar que el ruido se convierte en deriva, aunque los mecanismos que provocan la deriva suelen ser distintos del ruido de parpadeo.
Una técnica poderosa consiste en mover la señal de interés a una frecuencia más alta y usar un detector sensible a la fase para medirla. Por ejemplo, la señal de interés se puede cortar con una frecuencia. Ahora la cadena de señales lleva una señal de CA, no de CC. Las etapas acopladas a CA filtran el componente de CC; esto también atenúa el ruido de parpadeo. Un detector sincrónico que muestrea los picos de la señal de CA, que son equivalentes al valor de CC original. En otras palabras, primero la señal de baja frecuencia se cambia a alta frecuencia multiplicándola por la portadora de alta frecuencia, y se le da al dispositivo afectado por el ruido de parpadeo. La salida del dispositivo se multiplica nuevamente por la misma portadora, por lo que la señal de información anterior regresa a la banda base y el ruido de parpadeo se cambiará a una frecuencia más alta, que se puede filtrar fácilmente.
