ruido

RUIDO

JOHN ALAVA TORRES 5SC

COMUNICACIÓN DE DATOS

Definición El ruido es una perturbación de carácter

aleatorio que aparece siempre en nuestro sistema y que no tiene ningún tipo de relación con la señal transmitida ni con ninguna otra de la misma naturaleza.

Es toda componente de tensión o intensidad indeseada que se superpone con la componente de señal que se procesa o que interfiere con el proceso de medida.

Definición El ruido es una frecuencia indeseable, dicho

de otro modo es un elemento extra que aparece en la señal de interés y que produce ciertos problemas.

Clasificación

Existen varias formas en que se presenta el ruido y esto se debe a la naturaleza del mismo, por ello es que se a clasificado en base a su comportamiento, de esta forma se tiene que el ruido se pude clasificar en dos categorías que son:

Correlacionado y no correlacionado, el ruido correlacionado es aquel que involucra a una señal, es decir, existe solo cuando hay una señal presente. Por otro lado tenemos que el ruido no correlacionado es aquel que esta presente independientemente de que exista señal o no.

Clasificación

Ruido CorrelacionadoEl ruido Correlacionado es producido por amplificaciones no lineales e incluye armónicos y distorsión de intermodulación, que son dos formas de distorsión no lineal:

Distorsión armónica: Se define como la producción de armónicos de una señal originados por una mezcla no lineal. Los Armónicos son múltiplos enteros de la señal original de entrada, la señal original es la primer armónica y se conoce como la frecuencia fundamental

Distorsión de Intermodulación: se refiere a la generación indeseable de productos cruzados que son la suma o restas de frecuencias.

La distorsión armónica El problema con cargas no lineales, es la forma no sinusiodal que la

corriente adopta, producto de las diferentes ondas (múltiplos enteros de la fundamental), que a ella se suman y que son originadas por las cargas no lineales. Esta deformación de las señales de tensión y corriente se expresa usualmente en términos de "Distorsión Armónica".

La distorsión armónica

La distorsión por intermodulación

Ruido No Correlacionado Dentro del ruido no correlacionado se tiene el Ruido externo o

interferencias, el cual se produce fuera del sistema que trata la señal, este corresponde al que se genera en un punto del sistema como consecuencia de acoplamiento eléctrico o magnético con otro punto del propio sistema, o con otros sistemas naturales. Las tres principales fuentes de ruido externo son:

Ruido atmosférico : conocido como estática eléctrica, se origina en perturbaciones eléctricas naturales que se generan dentro de la atmosfera terrestre, la principal fuente son las descargas eléctricas, la magnitud de este tipo de ruido es inversamente proporcional a su frecuencia y es relativamente insignificante a frecuencias mayores a 30Mhz.

Ruido No Correlacionado Ruido extraterrestre (ruido de espacio profundo): Señales que se

originan fuera de la atmosfera terrestre, las principales formas de este ruido proviene de la vía Láctea, otras galaxias y el sol. Se subdivide en dos categorías : Solar : Lo genera en forma directa el calor solar, hay dos partes de este

ruido , la producida por una condición de calma cuando existe una intensidad relativamente constante de radiación y de gran intensidad , y la magnitud de ruido esporádico cuando por actividad de manchas solares tiene una variación cíclica que se presenta mas o menos cada 11 años

Cósmico: Como estas son mas lejanas que el sol terrestre, su intensidad de ruido es relativamente pequeña, llamado usualmente ruido de cuerpo negro y se distribuye con bastante uniformidad en el cielo.

Ruido generado por el Hombre: llamado ruido industrial, aparece principalmente por motores eléctricos, generadores de corriente alterna, equipos de conmutación y lámparas fluorescentes.

Ruido No Correlacionado Otra variante del ruido no correlacionado es el Ruido interno o inherente,

que corresponden al que se genera en los dispositivos electrónicos como consecuencia de su naturaleza física, existen tres formas principales de generar el ruido interno:

Ruido de disparo: es provocada por la llegada aleatoria de los electrones o huecos, a la salida del elemento tal como; diodos, transistores de efecto de campo y de unión. Los portadores de corriente (tanto para ca como para cd) no se mueven en un flujo continuo y estable por que la distancia que recorren varia debido a sus trayectorias aleatorias.

Ruido de tiempo de transito: aquel en el que existe modificaciones en los electrones o huecos que viajan de la entrada a la salida del circuito. Cuando el tiempo que tarda un portador en propagarse por un dispositivo es parte apreciable de un ciclo de la señal este ruido se hace perceptible

Ruido Térmico: asociado con el movimiento rápido y aleatorio de los electrones en un conductor producido por la agitación térmica. Cada paso de un electrón entre choques con moléculas produce un corto pulso de corriente, que produce un pequeño voltaje a través del componente resistivo del conductor , ese movimiento aleatorio produce un componente de ca.

Ruido No Correlacionado La componente ca debido a la agitación

térmica tiene varios nombres: ruido térmico (por que depende de la temperatura) , movimiento Browniano (por su descubridor), ruido de Johnson (en honor al que relaciono el movimiento browniano de las partículas con el movimiento de los electrones y ruido blanco (por que el movimiento aleatorio se produce en todas las frecuencias.

Potencia de Ruido Johnson demostró que la potencia de ruido térmico

es proporcional al producto del ancho de banda por la temperatura. En forma matemática, la potencia de ruido es:

Potencia de Ruido

Voltaje de ruido

Relación de Potencia de Señal a Ruido La principal razón para estudiar y calcular la

potencia de ruido o el voltaje de ruido, es el efecto que el ruido tiene en la señal deseada:

“La cantidad de ruido no es lo que interesa, sino la cantidad de ruido comparada con el nivel de la señal deseada, es decir lo que importa es la relación de la potencia de la señal y la potencia del ruido”

Relación de Potencia de Señal a Ruido Esta relación de señal a ruido que se

abrevia S/N y se expresa por lo común en decibeles, matemáticamente se expresa como:

En decibeles:

Relación de Potencia de Señal a Ruido

Relación de Potencia de Señal a Ruido Ejemplo

Para un amplificador con voltaje de señal de salida de 4V, voltaje de ruido de salida de 0.005V y resistencia de entrada y de salida de 50Ώ, calcular la relación de potencia de señal a ruido.

Solución: Esta relación de potencias de señal a ruido se calcula sustituyendo en la ecuación

Factor de Ruido y Cifra de Ruido El factor de ruido (F) y el cifrado de Ruido (NF, de

noise figure) indican cuanto se deteriora la relación de señal a ruido cuando una señal pasa por una o un conjunto de etapas.

La cifra de ruido (figura de ruido) es solo el factor de ruido expresado en dB, de uso para indicar la calidad de un receptor.

O

Factor de Ruido y Cifra de Ruido


Para un circuito perfecto y sin ruido, el factor de ruido es 1 y la figura de ruido es 0dB

Factor de Ruido y Cifra de Ruido Para un amplificador no ideal con los siguientes parámetros, calcular

a) Relación S/N a la entrada (dB)b) Relación S/N a la salida (dB)c) Factor de ruido y figura de ruido Potencia de la señal de entrada =2x10-10 WPotencia de ruido en la entrada =2x10-18 WGanancia de potencia =1,000,000Ruido interno (Nd) =6x10-12 WSolución

(a) Para la señal de entrada y valores de potencia dados , la S/N en la entrada es :


(b) La potencia de ruido en la salida, es la suma del ruido interno y el ruido en la entrada amplificado:

La potencia de señal a la salida no es mas que el producto de la potencia de entrada por la ganancia de potencia

Para la señal de salida y los valores de potencia calculados , la S/N de la salida es :

Factor de Ruido y Cifra de Ruido(c) El factor de ruido se calcula sustituyendo los resultados de los pasos a y b

Y la figura de ruido

Cuando se conectan en cascada dos o mas amplificadores, el factor total de ruido es igual a la acumulación de los factores de ruido individuales. La formula de Friiss se usa para calcular el factor total de ruido de varios amplificadores en cascada

Figura de ruido para amplificadores en cascada

Temperatura equivalente de ruido Como el ruido producido por la agitación térmica es

directamente proporcional a la temperatura, el ruido térmico se puede expresar en grados y también en Watts o en dBm, si se reacomoda la ecuación se tiene

N=KTB entonces, T=N/KB

En donde :

T= temperatura ambiente en grados kelvin N= potencia de ruido en wattsK= constate de Boltzmann B= ancho de banda (hertz)

Temperatura equivalente de ruido La temperatura de ruido equivalente es un valor hipotético que

no se puede medir en forma directa, la descripción matemática de la temperatura equivalente de ruido es :

en donde: = Temperatura equivalente de ruido (grados Kelvin)T= Temperatura del ambiente ( K)F= factor de ruido (adimensional)

Al revés, el factor de ruido se puede representar como una función de la temperatura equivalente de ruido, de la siguiente forma:

Temperatura equivalente de ruido Ejercicio: (a) La cifra de ruido para una temperatura equivalente de K

(b)La temperatura equivalente de ruido para una cifra de ruido de 6dB.

Solución: (c) Se obtiene el factor de ruido de

Y la cifra de ruido es

(b) El factor de ruido es

Y la temperatura equivalente de ruido es

=4

RUIDO INTERMODULACIÓN

Es la energía generada por las sumas y las diferencias creadas por la amplificación de dos o más frecuencias en un amplificador no lineal.

Las nuevas frecuencias se suman o restan con las originales dando lugar a componentes de frecuencias que antes no existían y que distorsionan la verdadera señal.

RUIDO CROSSTALK (CRUZADO)

Es una perturbación causada por los campos eléctricos o magnéticos de una señal de telecomunicaciones que afecta a una señal en un circuito adyacente. En un circuito telefónico, la interferencia puede resultar en su parte auditiva de una conversación de voz desde otro circuito.

El ruido atmosférico Es producido por la estática que se

encuentra dentro de la atmósfera terrestre y esto lo distingue de los extraterrestres. La atmósfera terrestre está cargada de estática que se manifiesta habitualmente en forma de relámpagos, centellas, rayos, etc. Pero ¡no truenos!, porque éstos son un efecto secundario que se manifiesta como ruidos audibles

El ruido cósmico Es producido por fuentes de

radiofrecuencia naturales aleatoriamente distribuidas por el universo, y por tal razón tiene una respuesta bastante plana entre los 8 y 1500 MHz y de presencia uniformemente distribuida en el cielo, aunque debido a la lejanía de las formaciones galácticas es de una intensidad muy baja.

Puede ocurrir en microcircuitos en ordenadores y equipos de audio, así como dentro de los circuitos de la red. El término también se aplica a las señales ópticas que interfieren entre sí.

Estrategias para minimizar el ruido

Es imposible eliminar el ruido al 100 por ciento ya que ningún circuito es perfecto y siempre habrá una pequeña cantidad de ruido el objetivo es evitar el ruido lo mas que se puedaEn el caso del ruido térmico o de termo agitación, se requiere que los equipos de comunicaciones y en si todos los equipos electrónicos y de computo se coloquen en salas que tengan aire acondicionado y que estén siempre a una temperatura de 15º C. Max.

Sistema de aterrizaje de la línea de energía eléctrica o Sistemas de tierra.- Con el fin de minimizar el ruido producido por descargas eléctricas, descargas atmosféricas y los problemas eléctricos causados por motores, alta tensión, Etc. se recomienda aterrizar el sistema eléctrico.

ruido

Technology