Diodi generatori di rumore

Tutti i materiali generano rumore ad un livello proporzionale alla propria temperatura partendo da 0° Kelvin ( -273 °C ). Il rumore è generato dal movimento caotico e casuale degli elettroni costituenti la materia stessa , il rumore termico è chiamato anche rumore bianco (dall’ottica) poichè occupa tutto lo spettro. Da un punto di vista elettronico il rumore è quello che causa dei grossi limiti ai nostri dispositivi, siano essi strumenti elettronici, radar, apparecchiature elettromedicali ecc..., il caso più facile da comprendere è il limite di sensibilità causato dal rumore nei ricevitori.

Dopo questa introduzione e visto che il rumore è sempre causa di errori e/o limitazioni , a noi interessa sapere è che si può generarlo artificilmente , il rumore da noi generato ci servirà per verificare la qualità dei nostri ricevitori. Paradossalmente in certi casi si arriva perfino ad iniettarlo per migliorare le prestazioni (vedere Dithering).

GENERATORI DI RUMORE: er i primi generatori di rumore si usavano gas nobili quali Argon 15.3 dBENR, Neon 18.5 dBENR o Elio 21 dBENR e alta tensione per innescare il gas, servivano per testare i primi radar anni 1940. Un altro sistema per generare rumore consiste nell’usare due resistenze , una a temperatura bassissima una a temperatura più elevata, la differenza di rumore generato dalle due resistenze e la tempertura conosciuta possono costituire una fonte di rumore ad elevatissima precisione. Questo sistema , per la sua complessità , è usato solo nei laboratori di fisica o nei centri primari di calibrazione. Oggi i generatori più usati sono costituiti da speciali diodi, i diodi di rumore. Un diodo polarizzato in modo inverso fino a raggiungere l’effetto valanga è un esempio di generatore di rumore (vedere diodi Zener). A differenza però dei diodi Zener i diodi di rumore sono drogati e studiati in modo da coprire una banda molto più estesa (bassa Cj) e con livello di uscita decisamente più piatto in frequenza e più stabile.

LIVELLO DI USCITA: Il livello di rumore non viene specificato come per un PLL, per un generatore di segnale, per un trasmettitore ecc..., ovvero col livello della portante in mV, dBm, W, ecc... Con un generatore RF diremo che il livello di uscita è ad esempio di 1 mV, per un trasmettitore è di 10 W. Un generatore di rumore che copre ad esempio la banda da 100 a 200 MHz non è la stessa cosa di un generatore sweeppato o tracking che copre la stessa banda.

Il rumore è simultaneamente emesso su tutta la banda, lo sweep si sposta, anche se velocemente, ma non è simultaneamente presente su tutta la banda . Questo ci porta a definire il livello di noise in modo diverso ovvero in densità spettrale , il livello di rumore infatti si esprime in dBm / Hz (Hz di banda) oppure in V / Hz ma anche in ENR Excess Noise Ratio. ENR indica il rapporto in dB tra il livello di rumore nello stato di ON il diodo polarizzato inversanente fino
all’effetto valanga) ed il livello di rumore nello stato di OFF.

Nello stato di OFF si ha solo il contributo del rumore termico a temperatura ambiente 0 dBENR = -174 dBm / Hz che rappresenta la potenza di rumore generata da una resistenza a temperatura
ambiente di 290°K per ogni Hz di banda , ad esempio un diodo di rumore con ENR di 32 dB genera -142 dBm / Hz , in questo caso se la banda passante fosse 10 Hz la potenza di rumore sarebbe
-132dBm / 10 Hz, se 10 KHz sarebbe -102 dBm / 10 KHz ecc... Vedere esempio a lato, in un analizzatore di spettro, il livello di rumore varia in funzione della larghezza di banda IF utilizzata.

3 valori di banda passante IF (BW), man mano che si stringe la banda il livello di rumore scende con legge 10 log BW, esempi: - con BW metà corrisponde a -3dB - con BW quattro volte corrisponde a +6dB - con BW un decimo corrisponde a -10dB, ecc...

Alcune applicazioni dove si usano i noise source