エレクトロニクスにおける熱雑音

通信技術や通信ニーズの変化に伴い、高速かつ高精度な信号伝送を必要とする様々なシステムに使用される現代の電子機器において、高周波回路の需要が高まっている。しかし、その応用プロセスでは、部品の頻繁なスイッチングなどにより、熱雑音に関する問題が発生する。その結果、高周波回路システムの性能が著しく低下し、信頼性を脅かすことになる。この記事では、FS Technologyが高周波回路システムの信頼性を脅かす熱ノイズの問題を掘り下げて解説する。 熱雑音 この脅威を軽減するのに役立つ。

エレクトロニクスにおける熱雑音とは

身の回りの電子機器を注意深く観察していると、科学的に興味深い現象に気づくだろう。この興味深い現象はサーマルノイズ(熱攪拌ノイズ)とも呼ばれるもので、一般的には温度によるランダムな電圧・電流変動の結果です。

「電子熱雑音」は、雑音と干渉の両方を含む広い概念である。一般に、システム内で発生する不要信号はノイズと呼ばれ、信号伝送の範囲外である。一方、トランジスタ、ダイオード、抵抗、集積回路など、回路基板上の電子部品から発生する電磁干渉は干渉と呼ぶことができる。これらの干渉信号は、システムにとって不要な外部信号である。

電源オフ時の熱雑音

前回の議論で、回路に電源が供給されていないときでも熱雑音が存在するという興味深い問題が提起された。これは直感に反するように思えるかもしれないが、実際に存在する現象である。電流の発生は自由電子の運動によるものであり、自由電子は何もないところから現れるわけではなく、電流を発生させるためには回路の端子に電圧が印加される必要がある。つまり、抵抗が接続されていない状態で、外部からの電圧が印加されていない場合、マルチメーターによる測定結果は0となる。

この場合、マルチメーターの測定結果は正確ですか?

答えは不確かである。高温環境や高エネルギーの粒子線にさらされるなどの特定の条件下では、外部電圧を必要とせずに電子が十分なエネルギーを獲得することもある(ただし、これはあまり一般的ではない)。マルチメーターがなぜ「0」と表示するかについては、抵抗器内部の電子の動きが極めて弱いため、精度の限界により真の結果を測定できないからです。もっと精密な測定器を使えば、抵抗器の端子間電圧は0ではなく、0ライン付近で不規則な変動を示すことがわかるはずです。

非力な現在の動き

この電子の不規則な運動は、しばしば環境温度に関係している。高温環境では電子の熱運動が大きくなり、回路内に微小な電流が流れる。このような場合、デバイスが動作していなくても 高周波プリント基板 が不十分な場合、熱ノイズの問題につながる可能性がある。

熱雑音の特徴

温度による

電子機器の設置場所が変わると、ノイズの問題が発生することにお気づきでしょうか。多くの人はこれを信号の問題と考えるかもしれませんが、その見方は正しいかもしれません。実際、地理的な位置の変化は、しばしば環境温度の変化を伴います。これは、高周波回路内の電子の動きに影響を与える可能性があります。この変化は温度と正の相関があり、温度の上昇はノイズの増加につながることを意味する。

サーマル・モーションとリニア・ドリフト・モーション

何よりもまず、電子製品の基本原理を明確にする必要があります。電子機器のさまざまな部品が機能するには、回路基板上の電子素子も含めて、外部電圧が必要です。電子機器に外部電圧を印加すると、電子機器内の電子が電界の影響を受け、電流が流れる-これが回路の基本的な動作原理である。このプロセスは、主に外部電圧によって駆動されるため、温度とは無関係である。

同時に、電子部品内の電子も温度による熱運動を経験する。この熱運動は、材料内の電子の不規則で高速な動きから生じる。熱運動と回路内の電流の発生は、互いに影響し合わない独立した2つの現象である。電子の熱運動は温度のみに影響され、電流の大きさには影響されない。

従って、電流を増やしても電子の熱運動は減らない。電流の大きさに関係なく、温度が十分に高い限り、電子は熱運動により材料内でランダムに動き続け、熱雑音が発生する。

ランダムプロセス

熱運動は不規則な運動であり、瞬間的な式を用いて計算することはできません。その代わりに、統計的な法則を用いて電子の熱雑音を記述します。抵抗器の熱雑音は正規分布に従うことが検証されており、これはガウス過程であるため、ガウス雑音とも呼ばれています。回路基板上の抵抗が大きいほど、ノイズは大きくなる。

回路のノイズ性能を評価する場合、PCBそのものとは無関係で、むしろ抵抗値と環境温度に依存する。熱雑音問題に対処するために FSテクノロジー は、高周波回路設計の初期段階において、抵抗の使用を最小限に抑えることを推奨している。必要なければ使わないか、数と抵抗を減らす。

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