跨阻放大器设计参考.噪音种类

原创 云深之无迹 2025-01-15 10:16
跨阻放大器设计参考.光电管参数
文章中-涉及平稳过程,高斯噪音,功率谱密度,热噪声,散粒噪声,过剩噪声,闪烁噪声
平稳过程是指一个随机过程的统计特性(如均值、方差、自相关函数等)不随时间的推移而改变。换句话说,无论你从这个随机过程的任意时间点开始观察,得到的统计特性都是一样的。
形象地说,就像一条河流,如果它的水流量、水位等特征在长时间内保持相对稳定,那么这条河就可以看作是一个平稳过程。
平稳过程的分类:
  1. 严平稳过程(严格平稳):过程的任意有限维分布不随时间的平移而改变。也就是说,无论从时间序列的哪个位置截取一段,它们的统计特性都是相同的。
  2. 宽平稳过程(宽平稳或二阶平稳):只要求过程的均值和自协方差函数不随时间的平移而改变。

自协方差 是用来衡量一个随机过程在不同时间点上的相关性的统计量。简单来说,就是看一个时间序列在不同时刻的取值之间是否存在某种关联。

对于一个随机过程 X(t),其自协方差函数 γ(τ) 定义为:

γ(τ) = Cov[X(t), X(t+τ)] = E[(X(t) - μ)(X(t+τ) - μ)]
  1. τ 是时间滞后,表示两个时间点之间的间隔。

  2. E 是数学期望。

  3. μ 是随机过程的均值。

自协方差的正负号反映了两个时间点上随机变量的相关性。

正相关表示两个时间点上的值倾向于同时增大或减小;

负相关表示两个时间点上的值倾向于相反的变化;

自协方差为0表示两个时间点上的值不相关。

自协方差函数的周期性可以反映随机过程的周期性特征。

平稳性:如果一个随机过程是平稳的,那么它的自协方差函数只与时间间隔τ有关,而与起始时间t无关。

许多实际问题中遇到的随机过程都可以近似地看作是平稳过程,如噪声信号,也就是这次写的。
判断一个随机过程是否平稳,通常需要进行统计检验。常用的方法有:
时序图:通过观察时序图,可以直观地判断过程是否具有平稳性。
自相关函数:计算自相关函数,如果自相关函数只与时间间隔有关,而与起始时间无关,则过程可能是平稳的。

非平稳过程
如果一个随机过程的统计特性随时间变化,则称其为非平稳过程。例如,股票价格、人口数量等通常是非平稳的。

接下来看高斯噪音,因为信号没有办法使用一个表达式写出来,就使用统计规律。

哟西

高斯噪声,也称为正态噪声,是一种在许多自然现象和工程系统中普遍存在的随机噪声。它以数学家卡尔·弗里德里希·高斯命名,其概率密度函数符合正态分布。简单来说,高斯噪声就像是在信号中加入了一层随机的“杂质”,这些杂质的分布符合钟形曲线。

正态分布:高斯噪声的幅值分布符合正态分布,即大部分噪声值集中在均值附近,而极大值和极小值出现的概率较小。

统计是推断-样本分布碎碎念

白噪声:高斯噪声通常是白噪声,即其功率谱密度在整个频谱范围内是常数。

加性噪声:高斯噪声通常是加性噪声,即叠加在原始信号上。

可以使用维纳滤波:一种最小均方误差的滤波器,常用于去除加性高斯白噪声。

上面出现了白噪音,继续说什么是白噪音:

一种功率谱密度为常数的随机信号或随机过程。简单来说,就是一种在各个频段上的功率都相同的噪声。由于白光是由各种频率(颜色)的单色光混合而成,因而这种噪声的平坦功率谱性质被称之为“白色”,所以被称为白噪声。

  1. 功率谱密度均匀: 白噪声在整个频谱范围内具有相同的功率。

  2. 随机性: 白噪声的取值是随机的,且各个取值之间相互独立。

  3. 均值为零: 白噪声的平均值为零。


他们现在出现在:电子元件的热噪声,通信系统中的通道噪声,自然界中的随机干扰(如海浪声、风声等)
从数学上讲,白噪声可以表示为一系列随机变量,通常表示为(X_t),其中每个变量都来自均值为零、方差为常数的正态分布

功率谱密度出现了!

功率谱密度(PSD)是描述信号功率在不同频率分布情况的函数。它可以看作是信号的频域表示,反映了信号的频率成分。也会称是功率谱,在1Hz带宽下信号平均功率随频率的分布。
吴大正信号与系统-频域分析总结
如果把信号比作一首音乐,那么功率谱密度就是这首音乐中各个音符(频率成分)的强弱分布。
计算是:
傅里叶变换: 将时域信号转换为频域信号,然后计算频谱的平方。

周期图法: 对信号分段,计算每一段的傅里叶变换的平方,然后平均。

功率谱密度的表示
  1. 线性谱:直接表示功率谱密度的大小。
  2. 对数谱:将功率谱密度取对数,便于显示较大的动态范围。常用单位为dB/Hz。
有三个性质:
非负性:功率谱密度始终是非负的。
偶对称性:对于实信号,功率谱密度是偶对称的。
帕塞瓦尔定理:信号的总能量等于其功率谱密度的积分。

好说


所有材料产生功率电平与材料的物理温度成正比的噪声.噪声是通过材料的空穴和传导电子的随机振动来产生的.在电力生产水平成正比,材料物理温度噪音.这种噪声通常称为热噪声.热噪声是白色的并具有一个高斯振幅分布.

一个理想电阻器的热噪声接近白噪声,也就是功率谱密度在整个频谱范围内几乎是不间断的(然而在极高频时并不如此)。 当限定为有限带宽时,热噪声近似高斯分布。

热噪声,也称为约翰逊噪声(Johnson noise),是一种普遍存在的电子噪声。它是由导体中的电子在热运动过程中产生的随机波动引起的。这种波动会在电路中产生微小的电压或电流波动,从而影响信号的质量。
单边功率谱密度,或电压变化(均方)带宽每赫兹,由下式给出

没有开方

这个很重要,记住

这个也好哇

分贝相对于1 毫瓦


在光电二极管中,热噪声主要来自以下几个方面:
负载电阻的热噪声:光电二极管的输出通常连接到一个负载电阻上,这个电阻本身就会产生热噪声。
光电二极管内部的热噪声:光电二极管内部的材料也会产生热噪声,特别是当工作温度较高时。
热噪声的影响也多。。。。。
第一个就是降低信噪比:热噪声会淹没有用信号。
限制探测灵敏度:在低光照条件下,热噪声会成为限制探测灵敏度的主要因素。
影响热噪声的因素主要是:
温度:温度越高,热噪声越大。
电阻值:负载电阻的阻值越大,产生的热噪声越大。
带宽:噪声功率与带宽成正比,带宽越宽,噪声越大。
减小热噪声的方法:通过冷却光电二极管或整个系统,可以降低热噪声。
降低负载电阻可以减小热噪声,但同时会降低信号的输出电压。
低噪声放大器:使用低噪声放大器可以提高信噪比。咋搞都不如底子好
光电二极管中还存在其他类型的噪声:
散粒噪声:由光电转换过程中电子的随机发射引起的噪声。
散粒噪声的本质在于,通过测量到的电流强度或光强度能够给出收集到的电子或光子的平均数量,但无法得知任意时刻实际收集到的电子或光子数量。
分布按平均值遵循泊松分布。由于泊松分布在大量粒子数时趋向于正态分布,在大量粒子存在时信号中的散粒噪声会呈现正态分布。

是一个泊松过程

是由电子或光子等离散粒子流的统计涨落引起的。想象一下,水龙头滴水,水滴并不是连续流出的,而是一个个分立的。这种离散性就导致了流量的波动,在电子学中,这种波动就表现为噪声。

电子的离散性: 电流是由电子组成的,电子的流动并不是连续的,而是一个个离散的事件。当电子通过一个元件时,由于电子数量的随机波动,就会产生电流的波动,即散粒噪声。总有速度快的!

光子的量子化: 光也是由光子组成的,光电器件在接收光信号时,由于光子到达的随机性,也会产生散粒噪声。爱因斯坦就因为这个

它的值与平均电流成正比:散粒噪声的方均根值与电流的平方根成正比。
与频率无关:散粒噪声的功率谱密度是一个常数,即白噪声。

还有一种光电二极管的噪音叫-过剩噪音。
过剩噪声是相对于理想光电检测器的额外噪声,主要源于雪崩倍增过程中载流子的随机碰撞电离。
与增益相关:过剩噪声随着雪崩增益的增加而增大。
随机性强:载流子在雪崩区获得足够能量后,与晶格碰撞产生新的电子-空穴对。这个过程是随机的,导致输出电流的统计涨落。
过剩噪声的存在会降低光电二极管的信噪比,影响对弱光信号的检测。公式不放了
1/f 噪声(闪烁噪声,粉红噪音):频率越低,噪声越大的一种噪声(噪声功率谱密度与频率成反比)。材料缺陷、表面态等产生的低频噪声。 

有一个转折频率,前后是不同的噪音早主导

三个噪音的对比

在算总的噪音时,使用的是RSS。即Root Sum of Squares,先把各成分平方后再求和,最后平方根。

在没有入射辐射的情况下,输出中依然有个一个随机变化的微小信号,这就是固有噪音。

噪声等效功率(Noise Equivalent Power,NEP)是一个用于表征探测器灵敏度的重要参数。它表示在给定带宽下,能够产生信噪比为1的等效输入噪声功率。换句话说,NEP越小,探测器对微弱信号的响应能力越强。

NEP = √(AΔf / D²)
  1. A:探测器的面积

  2. Δf:噪声带宽

  3. D:探测器的响应度(单位:A/W)


上面这个值越小越强,但是不符合直觉,我们取个倒数,探测率就好了D.

评论 (0)
  • 行业变局:从机械仪表到智能交互终端的跃迁全球两轮电动车市场正经历从“功能机”向“智能机”的转型浪潮。数据显示,2024年智能电动车仪表盘渗透率已突破42%,而传统LED仪表因交互单一、扩展性差等问题,难以满足以下核心需求:适老化需求:35%中老年用户反映仪表信息辨识困难智能化缺口:78%用户期待仪表盘支持手机互联与语音交互成本敏感度:厂商需在15元以内BOM成本实现功能升级在此背景下,集成语音播报与蓝牙互联的WT2605C-32N芯片方案,以“极简设计+智能交互”重构仪表盘技术生态链。技术破局:
    广州唯创电子 2025-04-11 08:59 122浏览
  •   海上电磁干扰训练系统:全方位解析      海上电磁干扰训练系统,作为模拟复杂海上电磁环境、锻炼人员应对电磁干扰能力的关键技术装备,在军事、科研以及民用等诸多领域广泛应用。接下来从系统构成、功能特点、技术原理及应用场景等方面展开详细解析。   应用案例   系统软件供应可以来这里,这个首肌开始是幺伍扒,中间是幺幺叁叁,最后一个是泗柒泗泗,按照数字顺序组合就可以找到。   一、系统构成   核心组件   电磁信号模拟设备:负责生成各类复杂的电磁信号,模拟海上多样
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-10 16:45 101浏览
  •   天空卫星健康状况监测维护管理系统:全方位解析  在航天技术迅猛发展的当下,卫星在轨运行的安全与可靠至关重要。整合多种技术,实现对卫星的实时监测、故障诊断、健康评估以及维护决策,有力保障卫星长期稳定运转。  应用案例       系统软件供应可以来这里,这个首肌开始是幺伍扒,中间是幺幺叁叁,最后一个是泗柒泗泗,按照数字顺序组合就可以找到。  一、系统架构与功能模块  数据采集层  数据处理层  智能分析层  决策支持层  二、关键技术  故障诊断技术  
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-10 15:46 66浏览
  • 背景近年来,随着国家对资源、能源有效利用率的要求越来越高,对环境保护和水处理的要求也越来越严格,因此有大量的固液分离问题需要解决。真空过滤器是是由负压形成真空过滤的固液分离机械。用过滤介质把容器分为上、下两层,利用负压,悬浮液加入上腔,在压力作用下通过过滤介质进入下腔成为滤液,悬浮液中的固体颗粒吸附在过滤介质表面形成滤饼,滤液穿过过滤介质经中心轴内部排出,达到固液分离的目的。目前市面上的过滤器多分为间歇操作和连续操作两种。间歇操作的真空过滤机可过滤各种浓度的悬浮液,连续操作的真空过滤机适于过滤含
    宏集科技 2025-04-10 13:45 70浏览
  • 技术原理:非扫描式全局像的革新Flash激光雷达是一种纯固态激光雷达技术,其核心原理是通过面阵激光瞬时覆盖探测区域,配合高灵敏度传感器实现全局三维成像。其工作流程可分解为以下关键环节:1. 激光发射:采用二维点阵光源(如VCSEL垂直腔面发射激光器),通过光扩散器在单次脉冲中发射覆盖整个视场的面阵激光,视场角通常可达120°×75°,部分激光雷达产品可以做到120°×90°的超大视场角。不同于传统机械扫描或MEMS微振镜方案,Flash方案无需任何移动部件,直接通过电信号控制激光发射模式。2.
    robolab 2025-04-10 15:30 90浏览
  • 文/Leon编辑/侯煜‍关税大战一触即发,当地时间4月9日起,美国开始对中国进口商品征收总计104%的关税。对此,中国外交部回应道:中方绝不接受美方极限施压霸道霸凌,将继续采取坚决有力措施,维护自身正当权益。同时,中国对原产于美国的进口商品加征关税税率,由34%提高至84%。随后,美国总统特朗普在社交媒体宣布,对中国关税立刻提高至125%,并暂缓其他75个国家对等关税90天,在此期间适用于10%的税率。特朗普政府挑起关税大战的目的,实际上是寻求制造业回流至美国。据悉,特朗普政府此次宣布对全球18
    华尔街科技眼 2025-04-10 16:39 95浏览
  • 由西门子(Siemens)生产的SIMATIC S7 PLC在SCADA 领域发挥着至关重要的作用。在众多行业中,SCADA 应用都需要与这些 PLC 进行通信。那么,有哪些高效可行的解决方案呢?宏集为您提供多种选择。传统方案:通过OPC服务器与西门子 PLC 间接通信SIMATIC S7系列的PLC是工业可编程控制器,能够实现对生产流程的实时SCADA监控,提供关于设备和流程状态的准确、最新数据。S7Comm(全称S7 Communication),也被称为工业以太网或Profinet,是西门
    宏集科技 2025-04-10 13:44 78浏览
  • 政策驱动,AVAS成新能源车安全刚需随着全球碳中和目标的推进,新能源汽车产业迎来爆发式增长。据统计,2023年中国新能源汽车渗透率已突破35%,而欧盟法规明确要求2024年后新能效车型必须配备低速提示音系统(AVAS)。在此背景下,低速报警器作为车辆主动安全的核心组件,其技术性能直接关乎行人安全与法规合规性。基于WT2003H芯片开发的AVAS解决方案,以高可靠性、强定制化能力及智能场景适配特性,正成为行业技术升级的新标杆。WT2003H方案技术亮点解析全场景音效精准触发方案通过多传感器融合技术
    广州唯创电子 2025-04-10 08:53 189浏览
  • 行业痛点:电动车智能化催生语音交互刚需随着全球短途出行市场爆发式增长,中国电动自行车保有量已突破3.5亿辆。新国标实施推动行业向智能化、安全化转型,传统蜂鸣器报警方式因音效单一、缺乏场景适配性等问题,难以满足用户对智能交互体验的需求。WT2003HX系列语音芯片,以高性能处理器架构与灵活开发平台,为两轮电动车提供从基础报警到智能交互的全栈语音解决方案。WT2003HX芯片技术优势深度解读1. 高品质硬件性能,重塑语音交互标准搭载32位RISC处理器,主频高达120MHz,确保复杂算法流畅运行支持
    广州唯创电子 2025-04-10 09:12 164浏览
  • 什么是车用高效能运算(Automotive HPC)?高温条件为何是潜在威胁?作为电动车内的关键核心组件,由于Automotive HPC(CPU)具备高频高效能运算电子组件、高速传输接口以及复杂运算处理、资源分配等诸多特性,再加上各种车辆的复杂应用情境等等条件,不难发见Automotive HPC对整个平台讯号传输实时处理、系统稳定度、耐久度、兼容性与安全性将造成多大的考验。而在各种汽车使用者情境之中,「高温条件」就是你我在日常生活中必然会面临到的一种潜在威胁。不论是长时间将车辆停放在室外的高
    百佳泰测试实验室 2025-04-10 15:09 71浏览
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦