플리커 노이즈

플리커 노이즈(flicker noise)는 1/f 전력 스펙트럼 밀도를 갖는 전자 노이즈의 한 종류이다. 따라서 이 용어들은 더 넓은 정의를 가지고 있지만, 종종 1/f 노이즈 또는 분홍색 잡음이라고 불린다. 이는 거의 모든 전자 장치에서 발생하며, 전도체 채널의 불순물, 베이스 전류로 인한 트랜지스터의 캐리어 생성 및 재결합 노이즈 등 다양한 다른 효과와 함께 나타날 수 있다.

 속성 
전류 또는 전압의 1/f 노이즈는 일반적으로 직류와 관련이 있는데, 이는 저항 변동이 옴의 법칙에 의해 전압 또는 전류 변동으로 변환되기 때문이다. 직류가 흐르지 않는 저항에서도 1/f 성분이 있는데, 이는 저항을 변조하는 온도 변동 때문일 가능성이 높다. 이 효과는 망가닌에서는 나타나지 않는데, 이는 망가닌이 무시할 수 있는 저항의 온도 계수를 가지고 있기 때문이다.

전자 장치에서는 저주파 현상으로 나타나는데, 이는 고주파가 다른 소스의 백색 잡음에 의해 가려지기 때문이다. 그러나 발진기에서는 저주파 노이즈가 혼합되어 반송파 주파수에 가까운 주파수까지 올라갈 수 있으며, 이는 발진기 위상 잡음을 초래한다.

총 노이즈에 대한 플리커 노이즈의 기여는 플리커 노이즈가 지배적인 저주파 영역과 평탄한 백색 노이즈 스펙트럼이 지배적인 고주파 영역 사이의 코너 주파수 fc로 특징지어진다. MOSFET은 높은 fc를 가지며 (GHz 범위에 있을 수 있음), JFET와 BJT는 약 1 kHz 정도의 낮은 fc를 가진다. 그러나 JFET는 일반적으로 BJT보다 저주파에서 더 많은 플리커 노이즈를 나타내며, 플리커 노이즈에 대해 선택되지 않은 JFET에서는 fc가 수 kHz에 달할 수 있다.

이것은 일반적으로 가우시안 분포를 가지며 시간 가역적이다. 저항기와 FET에서는 선형 메커니즘에 의해 생성되지만, BJT와 다이오드에서는 비선형 메커니즘에 의해 생성된다.

MOSFET의 플리커 노이즈 전압의 스펙트럼 밀도는 주파수 f의 함수로 로 모델링되는 경우가 많으며, 여기서 K는 공정 의존 상수이고, 는 산화물 전기 용량이며, W와 L은 각각 채널 폭과 길이다.베자드 라자비, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, McGraw-Hill, 2000, Chapter 7: Noise. 이는 경험적 모델이며 일반적으로 지나친 단순화로 생각된다.

플리커 노이즈는 탄소 피막 저항기와 후막 저항기에서 발견되며, 모든 저항에 존재하는 열잡음 수준보다 전체 노이즈 수준을 증가시키므로 초과 노이즈라고 불린다. 이와 대조적으로, 권선형 저항기는 플리커 노이즈가 가장 적다. 플리커 노이즈는 직류의 수준과 관련이 있으므로, 전류가 낮게 유지되면 열 노이즈가 저항의 주요 효과가 되며, 주파수 창에 따라 사용되는 저항기의 유형이 노이즈 수준에 영향을 미치지 않을 수 있다.

 측정 

전압 또는 전류에서 1/f 노이즈 스펙트럼의 측정은 다른 유형의 노이즈 측정과 동일한 방식으로 수행된다. 샘플링 스펙트럼 애널라이저는 노이즈에서 유한 시간 샘플을 취하고 FFT 알고리즘으로 푸리에 변환을 계산한다. 그런 다음 푸리에 스펙트럼의 제곱 절대값을 계산한 후, 이 샘플링 과정을 충분히 많은 횟수만큼 반복하여 평균값을 계산한다. 결과 패턴은 측정된 노이즈의 전력 밀도 스펙트럼에 비례한다. 그런 다음 유한 시간 샘플의 지속 시간과 1 정도의 수치 상수로 정규화하여 정확한 값을 얻는다. 이 절차는 유한 시간 샘플의 지속 시간의 역수(저주파 끝)와 노이즈의 디지털 샘플링 속도(고주파 끝)에 의해 결정되는 주파수 창 내에서만 올바른 스펙트럼 데이터를 제공한다. 따라서 얻은 전력 밀도 스펙트럼의 상위 및 하위 반 데카드는 일반적으로 스펙트럼에서 제거된다. 좁게 필터링된 대역을 신호에 걸쳐 스윕하는 기존 스펙트럼 애널라이저는 협대역 기기이므로 신호 대 잡음비(SNR)가 우수하다. 이러한 기기는 플리커 노이즈를 완전히 측정하기에 충분히 낮은 주파수에서 작동하지 않는다. 샘플링 기기는 광대역이므로 노이즈가 높다. 여러 샘플 트레이스를 가져와 평균화함으로써 노이즈를 줄인다. 기존 스펙트럼 애널라이저는 협대역 획득으로 인해 여전히 더 나은 SNR을 가진다.

 계측 및 측정에서 제거 

DC 측정의 경우 1/f 노이즈는 특히 문제가 될 수 있는데, 이는 저주파에서 매우 중요하며, DC에서 적분/평균화 시 무한대에 가까워지는 경향이 있기 때문이다. 매우 낮은 주파수에서는 노이즈가 드리프트로 변하는 것으로 생각할 수 있지만, 드리프트를 유발하는 메커니즘은 일반적으로 플리커 노이즈와는 다르다.

강력한 한 가지 기술은 관심 신호를 더 높은 주파수로 이동시키고 위상 감지 검출기를 사용하여 측정하는 것이다. 예를 들어, 관심 신호는 주파수로 초핑될 수 있다. 이제 신호 체인은 DC 신호가 아닌 AC 신호를 전달한다. AC 결합 단계는 DC 성분을 필터링하여 플리커 노이즈도 감쇠시킨다. AC 신호의 피크를 샘플링하는 동기 검출기는 원래 DC 값과 동일하다. 즉, 먼저 저주파 신호는 고주파 캐리어로 곱하여 고주파로 이동하고, 플리커 노이즈의 영향을 받는 장치에 전달된다. 장치의 출력은 동일한 캐리어로 다시 곱해져서 이전 정보 신호가 기저대역으로 돌아오고, 플리커 노이즈는 더 높은 주파수로 이동되어 쉽게 필터링될 수 있다.

 같이 보기 
 알더트 판 데르 질
 소음의 색상
 접촉 저항
 잡음 (물리학)
 노이즈 (전기공학)
 트위디 분포
 초퍼 제어

 각주 

 내용주 




 외부 링크 
 AES Pro Audio Reference "플리커 노이즈" 정의
 노이즈 튜토리얼 

분류:노이즈 (전기공학)