ruido termico figura de ruido

RUÍDOS
São sinais elétricos não desejados que interferem num sistema de telecomunicações.
Possíveis classificações:
● Quanto a fonte:
➢ Ruído
externo: quando a fonte é externa ao sistema de
telecomunicações (ex: descargas atmosféricas, rede de energia,
circuitos chaveados externos ao sistema de telecomunicações,
motores de indução, …)
➢ Ruído
interno: quando a fonte pertence ao sistema de
telecomunicações (ex: amplificadores, cabos, circuitos chaveados,
aquecimento dos Cis, ...)
● Quanto ao comportamento em relação ao tempo:
➢ Ruído impulsivo: É o ruído que ocorre em manifestações
repentinas, constituindo-se em impulsos discretos que interferem
no sinal transmitido.
➢ Ruído contínuo: Quando o ruído está sempre presente no sistema.
● Quanto ao comportamento em relação à frequência:
➢ Ruído branco: ruído que apresenta componentes em todo o
espectro de frequência.
P (dB)
f (Hz)
Na prática nenhum ruído apresenta realmente componentes em todo o espectro
de frequência. Porém, nos estudos de sistemas de telecomunicações considerase que um ruído é branco quando este apresenta componentes frequências em
toda a BW utilizada para transmissão.
➢ Ruído colorido: apresenta componentes frequenciais em uma ou
algumas frequências.
P (dB)
f (Hz)
Requisitos dos sistemas de telecomunicações em relação aos ruídos
impulsivos:
Este tipo de ruído ocorre aleatoriamente e não está sempre presente no
sistema, portanto a qualidade da imunidade de um sistema de
telecomunicações a este tipo de ruído é medida tomando como base a
quantidade de repetições de ocorrências num determinado intervalo de
tempo. (ex: 15 vezes em 1 minuto, 20 vezes em 5 minutos, …)
As medições de ruído impulsivo em geral são realizadas considerando a
hora de maior movimento do sistema de telecomunicações. Isto é, as
medidas são realizadas quando a demanda pelo sistema é maior.
Requisitos dos sistemas de telecomunicações em relação ao ruído
contínuo:
O ruído contínuo está sempre presente, permitindo a medição mais precisa
de sua potência, sendo assim os requisitos do sistema são dados em
função da definição de uma SNR mínima.
Ruído Térmico – Jhonson – Additive White Gaussian Noise (AWGN)
O ruído térmico é produzido pelo aquecimento dos condutores e semicondutores
do próprio sistema de telecomunicações. A agitação dos elétrons devido ao
aquecimento gera sinais elétricos aleatórios nesses sistemas.
O ruído térmico tem uma distribuição de amplitude gaussiana no tempo e o
comportamento de um ruído branco no domínio da frequência. A densidade de
potência espectral desse ruído é igual em todo o espectro.
Curva de probabilidade Gaussiana
V(V)
t(s)
Dp
f (Hz)
Para cálculo de ruído térmico, potência do ruído, considera-se que este ruído é igual ao
produzido por uma fonte de tensão com V igual a:
Onde:
K – Constante de Boltzmann = 1,38.10-23 J/K
To – Temperatura ambiente em K
Bw – banda passante Hz
Ri – resistência interna da fonte Ω
V = √ 4KT o BwR i
Máxima potência do ruído entregue a uma carga:
Quando ocorre a máxima dissipação de potência em RL?
Neste caso a potência entregue na carga será:
R: Quando RL = Ri
2
(4KT o BWRi )
√
(
)
Ri
N=
V = √ 4KT BwR
o
Fonte de ruído térmico
RL
N=
2
( R L)
( KT o BWR i )
Ri
N =KT o BW
Calculamos o ruído térmico de um equipamento considerando:
N =KT o BW
Para efeito de comparação do nível de ruído térmico gerado por equipamentos
adotou-se o valor do ruído medido na temperatura de 290o K ( 17o C) indicada
pelo símbolo T0o:
Considerando BW= 1 Hz, o ruído produzido por um equipamento na temperatura T0o:
N 0 =KT 0o BW =1,38.10−23 x 290 x 1
N 0 =4,0 x 10−21 W / Hz
N 0 =−204 dBW / Hz
Figura de Ruído (F)
Expressa a relação entre a SNR na entrada e na saída de um dispositivo (equipamento).
F=
SNRin
SNR i
SNR out
SNRout
Dispositivo
Para um amplificador de ganho G temos:
G( Psinal + Nin + Nd )
Psinal + Nin
G
F=
SNR i
SNR out
P sinal
Ni
F=
(G x P sinal )
G x ( N i+ N d )
(onde Nd – ruído gerado pelo
dispositivo)
P sinal G x( N i + N d )
F=
x
Ni
(G x P sinal )
N i+ N d
F=
Ni
Nd
F =1+
Ni
(F adimensional)
Temperatura equivalente de Ruído (TR)
Temperatura equivalente de ruído é a temperatura necessária para que o ruído
observado num dispositivo seja considerada apenas proveniente do
aquecimento dos seus componentes (ruído térmico)
Nd
F =1+
Ni
N d =( F −1) x N i
Como Nd = K TR BW ( onde TR é a temperatura equivalente de ruído)
e Ni = K to0 BW
Temos:
0
K x T R x BW =( F−1) x K x T o x BW
0
T R=( F −1) x T o
T R=( F −1) x 290
(F adimensional)
Exercícios
1) Qual o ruído gerado internamente por um amplificador com F = 3 dB com
ruído de entrada de -35 dBm
2) Considerando um dispositivo com TR = 30o C determine a sua figura de ruído.
3) Um dispositivo com F= 5 dB aumenta em quantas vezes o ruído na saída
em relação a entrada de um dispositivo.