¿Por qué el ruido siempre es una señal de alta frecuencia? ¿Cuál es entonces la frecuencia de un ruido?

Los "circuitos de acondicionamiento de señal para sensores" generalmente usan amplificadores operacionales y el ruido interno del voltaje de amplificador operacional tiende a tener una respuesta de frecuencia como esta: -

Comosepuedever,losruidosmásgrandesestánenlasfrecuenciasmásbajas.Entonces,¿porquéconcentrarseenlascosasdealtafrecuencia?

Digamosqueelruidodevoltajepromedio(parquedepelota)entre0.1Hzy1Hzesaproximadamente60nVporhertzderaíz.Elruidototalqueestoproduciráatravésdeeseanchodebandaes:-

\$\sqrt{1-0.1}\veces60nV\$=57nV.

¿Quéhayentre1Hzy10Hz?Podríamosusar30nVporhertzderaízcomolafiguraycalcularíamoselruidocomo90nV.Entre10Hzy100Hz(10nVporhertzderaíz),elruidoseríadeaproximadamente95nV.

Comopuedever,duranteuncambiodedécadaenlafrecuencia,lapotenciaderuidoreal(sobreeseanchodebanda)aumentaamedidaqueaumentalafrecuencia.

Ahoradigamosqueelsensortieneunarespuestadefrecuenciadeinterésdehasta10kHz:cuántoruidoexisteenelrangode10kHza100kHz,esdecir,cuántoruidopodríaeliminar(porque¿Nousasonecesitasesapartedelespectro?

ladensidaddelruidoespectralmepareceaaproximadamente3nVporhertzraízdelgráfico,porloqueelruidototalproducidoporesteamplificadoroperacionalenelrangodefrecuenciade10kHza100kHzes:-

\$\sqrt{100k-10k}\veces60nV\$=900nV.

Esporestoquenosconcentramosprincipalmenteeneliminarelruidodealtafrecuencia.

Otramuybuenarazónpodríaserevitarel aliasing cuando alimenta la salida del sensor (amplificada o no) en un análogo a convertidor digital. El ruido por encima de la velocidad de muestreo de Nyquist (si no se reduce significativamente) se plegará hacia la banda base convertida. Si no entiende esto, puede imaginar una onda sinusoidal como esta: -

Imagine que la señal roja es un ruido por encima de la frecuencia de muestreo de Nyquist. Cuando se muestra, puede parecer una onda sinusoidal (azul) que es de una frecuencia mucho menor. Esto es aliasing.

Ruido es una señal no deseada, punto.

Las fuentes típicas de ruido natural tienden a ser de banda ancha, es decir, todas las frecuencias desde DC hasta muy altas.

El ruido eléctrico producido por las resistencias, el ruido de Johnson, tiene un espectro de frecuencia plana desde DC hasta muy alto. Espectro plano significa igual potencia por Hz de ancho de banda.

Considere la posibilidad de escuchar una señal de ruido plana. Mirando la potencia de ruido arriba y abajo (digamos) una A media de 440Hz. Hay solo 440 1Hz de ancho de banda debajo, pero de 10000 a 20000 (dependiendo de la edad que tengas y de dónde se corta la audición), por lo que la señal de ruido suena dominada por los silbidos de alta frecuencia.

El ruido producido por los opamps, sin embargo, tiende a ser plano por encima de algunas frecuencias bajas, generalmente en la banda de audio, la mayoría de los amplificadores son planos por encima de 1 kHz donde se suele especificar el ruido, pero luego aumenta hacia CC, debido a lo que se conoce como ruido de parpadeo. Este es un gran problema para la instrumentación DC. Los opamps de alta calidad destinados al uso de CC también tendrán especificaciones de ruido en el rango de 0.1Hz a 10Hz, y estos números tienden a eclipsar los números de 1kHz.

Para señales de CC y señales de baja frecuencia, eliminar el ruido por encima de su ancho de banda puede resultar en una reducción de la magnitud de la tensión de ruido. Es por eso que está hecho.

Otras fuentes de señales no deseadas pueden ser de banda estrecha. El abrepuerta de garaje de su vecino, por ejemplo, puede ser removido por un filtro de RF. El zumbido de la red puede causar grandes problemas en el acondicionamiento de la señal, ya que la frecuencia es muy baja y, a menudo, puede estar en el ancho de banda de la señal. Esto entonces necesita una reducción en la captación de zumbidos, ya que el filtrado no servirá de nada.

"¿Por qué el ruido no puede ser una señal de baja frecuencia o cuál será su frecuencia?" ¿Quién dice que no puede? Puedo ser cualquier frecuencia , incluidas las frecuencias bajas. Por ejemplo, ¡El ruido rosa tiene más potencia en las frecuencias bajas!