ちらつきノイズ

フリッカーノイズは、1/ fパワースペクトル密度を持つ電子ノイズの一種です。そのため、 1/ fノイズまたはピンクノイズと呼ばれることもありますが、これらの用語にはより広い定義があります。フリッカーノイズは、ほぼすべての電子デバイスで発生し、導電チャネル内の不純物、ベース電流によるトランジスタ内の生成および再結合ノイズなど、さまざまな他の影響とともに現れることがあります。

電流や電圧の1/ fノイズは通常直流に関連しており、抵抗の変動はオームの法則によって電圧や電流の変動に変換される。直流が流れていない抵抗器にも1/ f成分が存在するが、これは温度変動によって抵抗が変調されるためと考えられる。マンガニンには抵抗の温度係数が無視できるほど小さいため、この効果は存在しない。^{[1] [2]}

電子機器では、高周波数が他の発生源からのホワイトノイズに隠れてしまうため、低周波現象として現れます。しかし、発振器では、低周波ノイズが搬送波に近い周波数に混ざり、発振器位相ノイズが発生します。

総ノイズに対するその寄与は、フリッカーノイズが支配的な低周波領域と白色ノイズの平坦スペクトルが支配的な高周波領域との間のコーナー周波数 f _{cによって特徴付けられる。MOSFET}は高いf _c（GHzの範囲になることもある）を有する。JFETとBJTは1 kHz前後でより低いf _{c を有するが}^[3]、 JFETは通常、BJTよりも低周波でより多くのフリッカーノイズを示し、フリッカーノイズ用に選択されていないJFETではf _{c が}数kHzにも達することがある。 ^[4]

これは通常、ガウス分布 ^{[疑わしい–議論が必要]}を持ち、時間可逆的です。 [ ⁵ ]これは、抵抗器やFETでは線形メカニズムによって生成されますが、BJTやダイオードでは非線形メカニズムによって生成されます。^[5]

MOSFETのフリッカーノイズ電圧のスペクトル密度は周波数fの関数として、次のようにモデル化されることが多い。ここで、Kはプロセス依存定数、は酸化物容量、WとLはそれぞれチャネル幅と長さである。^[6] これは経験的モデルであり、一般的に単純化しすぎていると考えられている。^[7]${\displaystyle {\tfrac {K}{C_{\text{ox}}\cdot WLf}}}$${\displaystyle C_{\text{ox}}}$

フリッカーノイズはカーボンコンポジション抵抗器と厚膜抵抗器に見られ、^[8]過剰ノイズと呼ばれています。これは、フリッカーノイズによって全体のノイズレベルがすべての抵抗器に存在する熱ノイズレベルよりも高くなるためです。対照的に、巻き線抵抗器はフリッカーノイズが最も少なくなっています。フリッカーノイズはDCレベルに関連しているため、電流を低く抑えると、熱ノイズが抵抗器の主な影響となり、使用する抵抗器の種類は周波数ウィンドウによってはノイズレベルに影響を与えない場合があります。

電圧または電流の 1/ fノイズ スペクトルの測定は、他の種類のノイズの測定と同じ方法で行われます。サンプリング スペクトル アナライザは、ノイズから有限時間サンプルを取得し、FFTアルゴリズムによってフーリエ変換を計算します。次に、フーリエ スペクトルの絶対値の 2 乗を計算した後、このサンプリング プロセスを十分な回数繰り返して平均値を計算します。結果のパターンは、測定されたノイズの電力密度スペクトルに比例します。次に、有限時間サンプルの持続時間で正規化され、さらに 1 のオーダーの数値定数で正規化されて、正確な値が得られます。この手順では、有限時間サンプルの持続時間の逆数 (低周波数端) とノイズのデジタル サンプリング レート (高周波数端) によって決定される周波数ウィンドウの奥深くでのみ、正しいスペクトル データが得られます。したがって、取得された電力密度スペクトルの上位 50 桁と下位 50 桁は通常、スペクトルから破棄されます。信号に対して狭いフィルター帯域をスイープする従来のスペクトル アナライザは、狭帯域機器であるため、優れた信号対雑音比 (SNR) を備えています。これらの機器は、フリッカー ノイズを完全に測定できるほど低い周波数では動作しません。サンプリング機器は広帯域であるため、ノイズが多くなります。複数のサンプル トレースを取得して平均化することでノイズを低減します。従来のスペクトル アナライザは、狭帯域取得のため、依然として優れた SNR を備えています。

DC 測定の場合、1/ fノイズは特に厄介です。低周波数では非常に顕著で、DC での積分/平均化により無限大になる傾向があるためです。非常に低い周波数では、ノイズがドリフトになると考えることができますが、ドリフトを引き起こすメカニズムは通常、フリッカー ノイズとは異なります。

強力な手法の 1 つは、対象の信号をより高い周波数に移動し、位相感度検出器を使用してそれを測定することです。たとえば、対象の信号を周波数でチョップできます。これで、信号チェーンは DC 信号ではなく AC 信号を伝送します。AC 結合ステージは DC 成分をフィルターで除去します。これにより、フリッカー ノイズも減衰します。同期検出器は、元の DC 値に相当する AC 信号のピークをサンプリングします。つまり、最初に低周波信号を高周波キャリアで乗算して高周波にシフトし、フリッカー ノイズの影響を受けるデバイスに渡します。デバイスの出力は同じキャリアで再び乗算されるため、以前の情報信号がベースバンドに戻り、フリッカー ノイズは簡単にフィルターで除去できるより高い周波数にシフトされます。

• アルダート・ファン・デル・ジール
• ノイズの色
• 接触抵抗
• ノイズ（物理学）
• 電子ノイズ
• トゥイーディー分布
• チョッパー（電子機器）

• ジョンソン、JB (1925)。 「低周波回路におけるショットキー効果」。Physical Review。26 (1): 71– 85。Bibcode :1925PhRv...26...71J。doi : 10.1103/PhysRev.26.71。
• ショットキー、W. (1918)。 「VERSCHIEDENEN Elektrizitätsleitern における Über spontane Stromschwankungen」。アンナレン・デア・フィジーク。362 (23): 541–567。ビブコード:1918AnP...362..541S。土井：10.1002/andp.19183622304。
• ショットキー、W. (1922)。 「Zur Berechnung und Beurtailung des Schrotefektes」。アンナレン・デア・フィジーク。373 (10): 157–176。書誌コード:1922AnP...373..157S。土井：10.1002/andp.19223731007。

• AES Pro Audio Reference の「フリッカーノイズ」の定義
• ノイズチュートリアル