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积分器对噪声积分会怎么样?

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GavinZ|  楼主 | 2018-5-23 16:38 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 GavinZ 于 2018-5-24 09:33 编辑

我们有时会用到积分器,图中电流源只有噪声,没有信号,一直积分下去,会怎样?

还有,信号的积分量是S,那么积分后信噪比变好了吗?如果没变好,那用积分器的意义是什么?
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king5555 + 1 所以,电容要再并联电阻以降低闭环增益,才不致于您所言之现象。

相关帖子

来自 2楼
HWM| | 2018-5-24 18:15 | 只看该作者
GavinZ 发表于 2018-5-24 17:45
多谢回复,我看了那个帖子,真的太复杂了,我这智商根本不行。

其并不复杂,白噪声的积分就是“1/f²噪声”——布朗运动。

你所说的电流白噪声经“积分”得电压“噪声”,其就是布朗运动,实际受耐压和器件非线性特性限制。

由此可见,显然不可能得到你所期望的降低“噪声”的目的。

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GavinZ|  楼主 | 2018-5-23 21:08 | 只看该作者
我描述的不清楚,更新了一下。只对电流噪声进行积分会是什么情况。
假定其中信号积分后输出是S,积分器得到的噪声输出是N,因为S可以是固定值,那么最终信噪比S/N就取决于N了,可是N是什么,应该也是噪声,但具体怎样呢?

这在积分器中一定会遇到的,还是我的思考是不必要的?

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OTB| | 2018-5-23 23:12 | 只看该作者
本帖最后由 OTB 于 2018-5-23 23:15 编辑

噪音还是干扰。

谢谢大家1

因为教科书及其受害者们压根分不清楚何谓“噪音”何谓“干扰”。

所以,到底是,噪音还是干扰,教科书受害者们无法区分。

按照本大师的定义:直流工作点是不存在的,负反馈也是不存在的,仅仅就是人们“抓住要矛盾”的解决方法,确实行之有效,但“噪音”也必定存在。

因为负反馈是近似计算,而且器件的精度问题,也显然是非线性因素,一个100欧姆电阻,并非就是永远100欧姆,而是不同工作条件下的波动,这本身也是一种噪音的产生因素。

但本大师说的噪音,乃负反馈必然产生的现象。

人们所谓的运算放大器的噪音问题,其实属于直流工作点的波动问题,只要使用了负反馈,那么这个直流工作点的波动就无法避免,因为负反馈是近似计算的东西,而且器件精度有限。

这个噪音,是无法去除的,也是无法避免的。

而干扰,是可以通过低通滤波大幅度衰减的。

干扰是外来因素,可以低通滤波衰减,但噪音则是负反馈电路的必然产物。不同的电路形式,可以产生不同的噪音,但噪音总是存在的,但教科书的电路计算是不可能发现噪音问题的,仿真软件依然无法发现负反馈的噪音问题。噪音问题是工程技术人员,在实验测试的过程中发现的。

直流工作点的波动问题,也就是你们所谓的噪音,是无法用低通滤波衰减的。

虽然能看懂本大师教导的,近乎不存在。

但本大师毅然不得不进行如此教导。

再次感谢大家!

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HWM| | 2018-5-24 10:04 | 只看该作者
GavinZ 发表于 2018-5-23 21:08
我描述的不清楚,更新了一下。只对电流噪声进行积分会是什么情况。
假定其中信号积分后输出是S,积分器得到 ...

你这个并不是个简单问题,当然也不可能用简单的几句话说明。这里,引一个相关帖子:

白噪声和布朗运动....
https://bbs.21ic.com/icview-1596532-1-1.html

具体内容(包括相关理论基础),只能等到“21学堂”相关课程梳理时再说了。

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6
xukun977| | 2018-5-24 11:27 | 只看该作者

大师把人往沟里引的,你闲着没事可以东看看,西瞅瞅,打发时间。

噪声这一块内容博大精深,不是一般人能玩的转的领域。
例如电阻热噪声,当时约翰逊是由热平衡前提下推导出来的,但是后来发现在DC和AC时照样成立,困惑了人们很长一段时间,后来有人用量子理论给与解释,但是很多围观机理还是很困惑。

电工根本没必要探究机理,那不是你该/能干的活,掌握几种常见噪声定义特征和表达式,如何计算/测量就好了。


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7
xukun977| | 2018-5-24 11:35 | 只看该作者

没事可以浏览世界上有名的几个高校的模拟实验室,看看他们在研究什么,看看他们团队成员的研究领域,研究热点:
自己没事乱看,瞎琢磨,没有个固定方向是不行的。






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GavinZ|  楼主 | 2018-5-24 17:45 | 只看该作者
HWM 发表于 2018-5-24 10:04
你这个并不是个简单问题,当然也不可能用简单的几句话说明。这里,引一个相关帖子:

白噪声和布朗运动.. ...

多谢回复,我看了那个帖子,真的太复杂了,我这智商根本不行。

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9
GavinZ|  楼主 | 2018-5-24 17:52 | 只看该作者
xukun977 发表于 2018-5-24 11:27
大师把人往沟里引的,你闲着没事可以东看看,西瞅瞅,打发时间。

噪声这一块内容博大精深,不是一般人能 ...

谢谢解答,我是一个硬件应用工程师,我设计一个积分器,对10ns脉冲积分,开始以为,积分后会得到更高的信噪比,然后我仿真了一下,发现不是,随着积分时间越久,噪声分量影响越大,我觉得是低频噪声引起的,所以我加入高通滤波器,限制低频功率,积分1ms,发现噪声影响小多了。这里积分时间,和那个高通滤波截止频率一定有关系。 噪声信号源是电阻热噪声。

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HWM| | 2018-5-24 18:25 | 只看该作者
GavinZ 发表于 2018-5-24 17:52
谢谢解答,我是一个硬件应用工程师,我设计一个积分器,对10ns脉冲积分,开始以为,积分后会得到更高的信 ...

你用“高通滤波器”过滤电阻热噪声,意味着过滤后的噪声与原噪声不是一回事。若信号频段不在被过滤的范围内,自然有其效果。其实,若知道信号的频率范围,只要做一个相应频率范围的带通滤波即可。

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billypeng| | 2018-5-24 21:41 | 只看该作者
热噪声会减少吧, 积分就是累加,噪声就平均掉了。 但1/f噪声减少不了。有一种微弱信号处理方法,就是取样积分。

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zyj9490| | 2018-5-24 21:52 | 只看该作者
本帖最后由 zyj9490 于 2018-5-24 21:55 编辑

理论上,高斯噪声平均值是0,不会包和。粉红噪还是有影响,还有限制带宽,变成窄带积分就会稳定。

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GavinZ|  楼主 | 2018-5-25 09:05 | 只看该作者
HWM 发表于 2018-5-24 18:15
其并不复杂,白噪声的积分就是“1/f²噪声”——布朗运动。

你所说的电流白噪声经“积分”得电压“噪声 ...

谢谢,我相信这个结论(尽管我一点相关理论不懂),这和仿真看到的一样,随着对100MHz带宽内热噪声拉长积分时间,能观察到积分结果会产生很大的幅度。

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HWM| | 2018-5-25 09:16 | 只看该作者
GavinZ 发表于 2018-5-25 09:05
谢谢,我相信这个结论(尽管我一点相关理论不懂),这和仿真看到的一样,随着对100MHz带宽内热噪声拉长积 ...

其实,这个结论在我的那个帖子内已经给了严格证明。只是其涉及到一些基础知识,这有待我在“21学堂”内再作具体介绍。

白噪声经积分后是布朗运动(或称维纳过程),其是方差随时间推移不断增大的正态分布。针对你那个运放构成的积分器,理论上完全可能饱和,而且随着时间推移其饱和可能性随之增大。

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GavinZ 打赏了 10.00 元 2018-05-27

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Liqt| | 2024-9-5 18:26 | 只看该作者
本帖最后由 Liqt 于 2024-9-5 18:31 编辑

如果按照上面这些思路,还需要考虑如何不让积分器产生过多的噪声,(这是非常复杂的环节,比如多斜积分AD),还有积分器时间常数的关系(这个会影响所有信号的幅值),所以就应该只论证积分,不是积分器,只该考虑单独的纯数字计算积分环节。我从一个传感器的1NPLC的静态噪声采样数据做了误差最大的一阶梯形积分,发现积分后的噪声量显著减少,如图1(只截了1ms)。当然了,可能是1NPLC不够长,从统计学考虑时间也就是样本数会影响随机量,从一些文献同样可以得到结论,“The process of integration is a form of low-pass filter, so it is expected that high-frequency noise of a random nature will be attenuated. This has been observed in measured data. If there is coherent noise in the digitized data, then it is possible that this could be enhanced, particularly if the noise,is relatively low frequency. A significant enhancement of lowfrequency noise has not been observed in the data we have processed to date.”意思是理论上确实会增强低频噪声(回复者注:是因为积分会滤波),但是实际上没观测到。file:///C:/Users/35901/Desktop/%E5%9B%BE%E7%89%871.png

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