Bruit thermique dans l'électronique
Avec l'évolution des technologies et des besoins de communication, il existe une demande croissante de circuits à haute fréquence dans l'électronique moderne utilisée dans divers systèmes nécessitant une transmission de signaux précise et à grande vitesse. Cependant, dans le processus d'application, des problèmes liés au bruit thermique apparaissent en raison de la commutation fréquente des composants et d'autres facteurs. Il en résulte une dégradation significative des performances des systèmes de circuits à haute fréquence, ce qui constitue une menace pour leur fiabilité. Dans cet article, FS Technology se penche sur la question du bruit thermique. bruit thermique pour vous aider à atténuer cette menace.
Qu'est-ce que le bruit thermique en électronique ?
Si vous observez attentivement les appareils électroniques qui vous entourent, vous remarquerez un phénomène scientifique intriguant : vous pouvez entendre un certain bruit, que vous soyez ou non en train de les utiliser activement. Ce phénomène intrigant est le bruit thermique, également connu sous le nom de bruit d'agitation thermique, qui est généralement le résultat de fluctuations aléatoires de tension et de courant causées par la température.
Le "bruit thermique électronique" est un concept large qui englobe à la fois le bruit et les interférences. En règle générale, les signaux non désirés générés au sein d'un système sont appelés bruit, ce qui sort du cadre de la transmission des signaux. En revanche, les interférences électromagnétiques provenant des composants électroniques sur les cartes de circuits, y compris les transistors, les diodes, les résistances et les circuits intégrés, peuvent être qualifiées d'interférences. Ces signaux d'interférence sont des signaux externes indésirables pour le système.
Bruit thermique lorsque l'alimentation est éteinte
Dans la discussion précédente, une question intéressante a été soulevée : l'existence d'un bruit thermique même lorsqu'un circuit n'est pas alimenté. Cela peut sembler contre-intuitif, mais il s'agit bien d'un phénomène réel. La génération d'un courant électrique est due au mouvement d'électrons libres, et les électrons libres n'apparaissent pas de nulle part ; ils ont besoin d'une tension appliquée aux bornes du circuit pour créer un courant. En d'autres termes, lorsqu'une résistance n'est pas connectée et qu'aucune tension externe ne lui est appliquée, le résultat de la mesure effectuée à l'aide d'un multimètre est 0.
Le résultat de la mesure du multimètre est-il exact dans ce cas ?
La réponse est incertaine. Dans des conditions spécifiques, telles que des environnements à haute température ou l'exposition à un rayonnement de particules à haute énergie, les électrons peuvent acquérir suffisamment d'énergie sans avoir besoin d'une tension externe (bien que cela soit moins courant). Si le multimètre affiche 0, c'est parce que le mouvement des électrons à l'intérieur de la résistance est extrêmement faible et qu'en raison des limites de précision, il ne peut pas mesurer le véritable résultat. Si vous utilisiez un instrument plus précis, vous constateriez que la tension aux bornes de la résistance n'est pas égale à 0, mais qu'elle présente des variations irrégulières près de la ligne 0.
Ce mouvement irrégulier des électrons est souvent lié à la température ambiante. Dans les environnements à haute température, le mouvement thermique des électrons augmente, ce qui entraîne de minuscules courants à l'intérieur du circuit. Dans de tels cas, même si aucun appareil n'est en fonctionnement, si votre PCB haute fréquence présente des insuffisances, elle peut potentiellement entraîner des problèmes de bruit thermique.
Caractéristiques du bruit thermique
Dépend de la température
Vous avez peut-être remarqué que lorsque l'emplacement géographique des appareils électroniques change, des problèmes de bruit peuvent survenir. Nombreux sont ceux qui attribuent ce phénomène à des problèmes de signal, et ce point de vue peut être correct. En fait, les changements d'emplacement géographique s'accompagnent souvent de variations de la température ambiante, ce qui peut potentiellement affecter le mouvement des électrons dans les circuits à haute fréquence. Ce changement est positivement corrélé à la température, ce qui signifie qu'une augmentation de la température peut entraîner une augmentation du bruit.
Mouvement thermique et mouvement de dérive linéaire
Avant toute chose, il convient de clarifier les principes de base des produits électroniques : les différents composants des appareils électroniques ont besoin d'une tension externe pour fonctionner, y compris les éléments électroniques de la carte de circuit imprimé. Lorsque nous appliquons une tension externe aux appareils électroniques, les électrons qu'ils contiennent sont influencés par le champ électrique, ce qui donne lieu à un courant électrique dirigé - c'est le principe de fonctionnement fondamental des circuits. Ce processus est indépendant de la température puisqu'il est principalement alimenté par la tension externe.
Simultanément, les électrons à l'intérieur des composants électroniques subissent également un mouvement thermique dû à la température. Ce mouvement thermique résulte du déplacement irrégulier et à grande vitesse des électrons dans les matériaux. Le mouvement thermique et la production de courant dans le circuit sont deux phénomènes indépendants qui ne s'influencent pas l'un l'autre. Le mouvement thermique des électrons est uniquement influencé par la température et n'est pas affecté par l'ampleur du courant.
Par conséquent, l'augmentation du flux de courant ne réduira pas le mouvement thermique des électrons. Quelle que soit l'intensité du courant, tant que la température est suffisamment élevée, les électrons continueront à se déplacer de manière aléatoire dans le matériau en raison du mouvement thermique, ce qui entraînera un bruit thermique.
Processus aléatoire
Le mouvement thermique est un mouvement irrégulier et ne peut être calculé à l'aide d'expressions instantanées ; au lieu de cela, des lois statistiques sont utilisées pour décrire le bruit thermique électronique. Il a été testé que le bruit thermique des résistances suit une distribution normale, qui est un processus gaussien, d'où le nom de bruit gaussien. Plus la résistance d'un circuit imprimé est grande, plus le bruit est important.
Lorsque l'on évalue les performances d'un circuit en matière de bruit, celles-ci ne sont pas liées au circuit imprimé lui-même, mais dépendent plutôt de la résistance et de la température ambiante. Pour résoudre les problèmes de bruit thermique, Technologie FS recommande de minimiser l'utilisation de résistances dès le début de la conception de circuits à haute fréquence. Si vous n'en avez pas besoin, ne les utilisez pas, ou réduisez-en le nombre et la résistance.
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