เสียงรบกวนและ V / √Hzหมายถึงอะไรจริง ๆ ?

ตัวเลขสัญญาณรบกวนใน (op amp) เอกสารข้อมูลทางเทคนิคแสดงเป็น V / √Hz แต่

หน่วยนี้มาจากไหน ทำไมต้องเป็นรากที่สอง? ฉันควรออกเสียงอย่างไร
ฉันควรตีความมันอย่างไร
ฉันรู้ว่าต่ำกว่าดีกว่า แต่รูปเสียงที่จะเพิ่มความกว้างของการติดตามในขอบเขตของฉันเป็นสองเท่าหรือไม่
ค่านี้มีประโยชน์ในการคำนวณอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนหรือไม่? หรือการคำนวณอะไรที่สนุกที่ฉันสามารถทำได้กับตัวเลขนี้
เสียงรบกวนแสดงเป็น V / √Hzเสมอหรือไม่

noise datasheet theory

Dave Eevblog Jones อธิบายหน่วย V / √Hzในวิดีโอนี้: EEVblog # 528 - การสอนแรงดันเสียงรบกวนอินพุต

— Opamp

คำตอบ:

"โวลต์ต่อรากที่สองเฮิร์ตซ์"

เสียงรบกวนมีคลื่นความถี่และอย่างที่คุณคาดหวังว่าคลื่นความถี่ที่กว้างขึ้นก็จะยิ่งมีเสียงดังมากขึ้นเท่านั้น นั่นเป็นเหตุผลที่แบนด์วิดธ์เป็นส่วนหนึ่งของสมการ วิธีที่ง่ายที่สุดคือการแสดงให้เห็นถึงสมการสำหรับเสียงรบกวนความร้อนในตัวต้านทาน:

$\dfrac{v^2}{R} = 4kT\Delta f$

$k$ $\Delta f$

$v = \sqrt{4kT R\Delta f}$

นั่นเป็นเหตุผลที่คุณมีสแควร์รูทของแบนด์วิดท์ หากคุณต้องการแสดงเสียงในแง่ของพลังงานหรือพลังงานคุณจะไม่มีสแควร์รูท

$1/f$

กราฟด้านซ้ายแสดงสเปคตรัมแบนของสัญญาณรบกวนสีขาว, กราฟด้านขวาแสดงให้เห็นว่าเสียงสีชมพูเน่าสลาย 3dB / octave:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

คุณสามารถทำให้เกิดเสียงรบกวนบนออสซิลโลสโคป แต่คุณไม่สามารถวัดได้ด้วยวิธีนั้น นั่นเป็นเพราะสิ่งที่คุณเห็นคือค่าสูงสุดสิ่งที่คุณต้องการคือค่า RMS สิ่งที่ดีที่สุดที่คุณจะทำได้คือคุณสามารถเปรียบเทียบระดับเสียงรบกวนได้สองระดับและระดับหนึ่งจะสูงกว่าอีกระดับ ในการหาปริมาณเสียงรบกวนคุณต้องวัดพลังงาน / พลังงานของมัน

— stevenvh
แหล่งที่มา

มันคือ "โวลต์ต่อสแควร์รูทเฮิร์ต", "จูล", "เคลวิน" (ทั้งหมดเป็นตัวพิมพ์เล็กยกเว้นว่าพวกเขาเริ่มประโยค) และ "3 เดซิเบล / อ็อกเทฟ" (มีช่องว่างระหว่างค่าตัวเลขและสัญลักษณ์หน่วย) ดูตารางที่ 1 และ 3 ในphysics.nist.gov/cuu/Units/units.htmlและ # 5 (ตัวอย่างเช่น "เมตรต่อวินาที") และ # 15 ในphysics.nist.gov/cuu/Units/checklist.html

— Telaclavo

@Telaclavo - ฉันรู้! :-) แต่บางครั้งผมทำผิดพลาดเพราะผมยังไม่ทราบ (บางคนทำผิดพลาดกับที่ ) ที่ย่อสำหรับหน่วยที่ได้มาจากชื่อของบุคคลเป็นจริงด้วยอักษรตัวใหญ่ ดังนั้นความสับสน ฉันจะแก้ไข

— stevenvh

'flicker noise' = 'เสียงสีชมพู' คุณใช้คำอธิบายเกี่ยวกับสัญญาณรบกวนความร้อนในตัวต้านทานฉันสามารถเปรียบเทียบ R และ T กับอิมพีแดนซ์อินพุตของ opamp และอุณหภูมิของชิปได้หรือไม่? (ความรู้สึกของฉันบอกว่า 'ไม่' แต่ฉันไม่รู้ว่าทำไม)

— jippie

^{12}

$^{12}$

Ω

$\Omega$

^{12}

$^{12}$

Ω

$\Omega$

โปรดทราบว่าหากสเปกตรัมของคุณวัดด้วย W / อ็อกเทฟแทน W / Hz กราฟสองกราฟนั้นจะเอียงทวนเข็มนาฬิกาและพล็อตเสียงสีชมพูจะแบน

— endolith

ค่านี้มีประโยชน์ในการคำนวณอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนหรือไม่? หรือการคำนวณอะไรที่สนุกที่ฉันสามารถทำได้กับตัวเลขนี้

$\tilde v$

v_{R M S} = \tilde{v} \cdot \sqrt{Δ f}

$v_\mathrm{RMS}=\tilde v \cdot \sqrt{\Delta f}$

7 nV / √Hz⋅√ (20,000 Hz - 20 Hz) = 0.99 μVrms

สมมติว่านี่เป็นแหล่งกำเนิดเสียงรบกวนที่เด่นชัดถ้ากำไรของแอมป์ของคุณคือ 10 × (= +20 เดซิเบล) เสียงเอาท์พุตก็จะเป็นดังนี้:

0.99 μVrms⋅ 10 = 9.9 μVrms

โปรดทราบว่าเส้นโค้งสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นจริงอาจไม่ได้อยู่ที่ 7 nV / alwaysHz เสมอ แต่จะมีความถี่ต่ำ :

v_{R M S} = \sqrt{\int_{f_{1}}^{f_{2}} \tilde{v} (f)^{2} d f}

$v_\mathrm{RMS}=\sqrt{\int^{f_2}_{f_1} \! \tilde v(f)^2\,df}$

นอกจากนี้วงจรจริงไม่มีตัวกรอง brickwall HPF และ LPF ในอุดมคติดังนั้นคุณสามารถชดเชยสิ่งนี้ได้โดยใช้ " ปัจจัยการแก้ไขกำแพงอิฐ " เพื่อคำนวณ " แบนด์วิดท์เสียงที่เท่าเทียมกัน "

หากวงจรของคุณมีตัวกรอง 1 ขั้วตัวอย่างเช่นเสียงทั้งหมดก็จะเป็นเช่นนั้น

7 nV / √Hz⋅√ (1.57 ⋅ (20,000 Hz - 20 Hz)) = 1.24 μVrms

(การตรวจสอบสติ: SPICE พร้อมตัวกรองไม่มีเสียงที่ 1.22 μVrms)

— endolith
แหล่งที่มา

เมื่อพูดถึงเสียงรบกวนเราไม่ได้พูดถึงแรงดันไฟฟ้าเสมอไป บ่อยครั้งเรามองพลังแทน พล็อตความหนาแน่นสเปกตรัมของพลังงานแสดงให้เราเห็นว่าการกระจายพลังงานนี้ระหว่างความถี่ การบูรณาการในช่วงความถี่ทั้งหมดนั้นแน่นอนว่ากำลังทั้งหมดที่ผลิตออกมาแสดงเป็นวัตต์ดังนั้นอินทิกแรนด์และมักจะแสดงในหน่วยวัตต์ต่อเฮิร์ตซ์

ในขณะที่กำลังรวมทั้งหมดสามารถเป็นประโยชน์ในการวัดปริมาณเสียง แต่ก็ไม่เป็นความจริงสำหรับแรงดันไฟฟ้า พล็อตดังกล่าวจะเป็นศูนย์ทุกที่เพราะมันไม่ได้สร้างแรงดันสุทธิ ความแปรปรวนนี้แสดงเป็นสัญญาณกำลังสองกล่าวคือในหน่วยV²สอดคล้องกับความหนาแน่นของสเปกตรัมกำลังงานที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้: พลังงานเป็นสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้ากำลังสอง

หากคุณเห็นว่าการกระจายของความต่างศักย์ระหว่างความถี่คุณจะใช้หน่วยโวลต์กำลังสองต่อเฮิร์ต คุณสามารถแปลงความแปรปรวนกลับเป็นความแรงของสัญญาณได้โดยการหาสแควร์รูท: V / √Hz ทั้งสองถูกนำมาใช้และทั้งสองหมายถึงสิ่งเดียวกัน

— Marcks Thomas
แหล่งที่มา