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rumore in diodi polarizzati inversamente

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

Moderatori: Foto UtenteIsidoroKZ, Foto Utentecarloc, Foto Utenteg.schgor, Foto UtenteBrunoValente

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[21] Re: rumore in diode polarizzati inversamente

Messaggioda Foto Utenteelfo » 7 nov 2022, 17:42

ingmarketz ha scritto:Il rumore di alimentazione infatti non e' il problema. Il problema e' il rumore dei diodi. :)

Hai qualche numero a supporto (indica la banda del tutto) su:

- livello del segnale che devi misurare
- rapporto segnale/rumore che vuoi ottenere
- rumore dell'alimentazione utilizzata
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[22] Re: rumore in diode polarizzati inversamente

Messaggioda Foto Utenteingmarketz » 7 nov 2022, 17:59

il generatore di ingresso genera circa 5nV/rtHz, la tensione di alimentazione genera circa 2nV/rtHz e il rumore del opamp all'ingresso e' circa 4nV/rtHz. tutti da considerare white noise nella mia banda. se calcoliamo il loro contributo all'ingresso dell'opamp i valori non cambiano molto. Il mio problema, da qui la domanda iniziale e': quanto rumore generano i diodi all'ingresso dell,operazionale? devo capire se questo rumore e' comparabile o meno con le altre fonti di rumore.
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[23] Re: rumore in diode polarizzati inversamente

Messaggioda Foto Utenteelfo » 7 nov 2022, 20:35

Grazie per la risposta.

0) Il problema, con i "numeri" che hai postato, assume tutt'altra dimensione.

1) Rumore diodo: non ho la risposta :( - ma vedi punto 5)

2) il rumore dell'alimentatore ( 2nV/rtHz) e' top mondiale e in effetti non e' il primo parametro da considerare nella lista dei rumori del circuito.
Vedi le misure dei piu' blasonati "low noise power supply" che "sfiorano" a malapena questo valore, compreso il celebrato SuperRegulatore di Walt Jung - JungAD797, e JungAD825).

https://linearaudio.nl/sites/linearaudi ... %20jdw.pdf

PowerSupply.jpg

Qui trovi lo schema del SuperTeddy "contest winner"

https://6moons.com/audioreviews2/teddypardo/2.html

3) Op-Amp 4nV/rtHz: suppongo sia un jfet input altrimenti hai alternative assai migliori

Volendo rimanere sull'ingresso JFet vedi AN124 di Jim Willimas che realizza un Op-Amp composito con LSK389 1.9 nV/√Hz @ 1 kHz

Vedi Fig. 3 in
https://www.analog.com/media/en/technic ... an124f.pdf

4) generatore di ingresso genera circa 5nV/rtHz: non comprendo questa specifica - il segnale ha questa ampiezza?

5) Ritorno alla carica :D : perche non predisponi un circuito di test come in figura e misuri il "rumore del diodo".
La resistenza dovrebbe essere la piu' grossa possibile: il rumore della resistenza sale con la radice quadrata del suo valore, il segnale in uscita (dato da rumore del diodo) sale linearmente con il valore della resistenza.


P.S. il mio circuito del post [14] e' poco applicabile in questo caso perche' - oltre all'osservazione di Foto UtenteBrunoValente - la tensione di rumore dell'Op-Amp e' "significativa" (comparabile con il valore degli altri "rumori") e la configurazione "differenziale" ha un rumore superiore di \sqrt 2 di quella "single ended" (con un solo Op-Amp)

P.P.S. che diodi usi?

Hai visto p.e. I DPAD1
- 1pA max reverse current @ 20 V
- 0.8 pF max @ 5V 1 MHz

https://www.linearsystems.com/lsdata/da ... iesDSRevA5
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[24] Re: rumore in diode polarizzati inversamente

Messaggioda Foto UtenteGioArca67 » 7 nov 2022, 23:29

BrunoValente ha scritto:Non credo: il rumore di due sorgenti indipendenti, anche se di uguale ampiezza, può solo sommarsi non sottrarsi.

In potenza, infatti si sommano le varianze (che sono sempre positive).
I valori medi, ad es. nel caso di processi gaussiani, si sommano algebricamente, per cui se ai morsetti di un OP-AMP ideale non rumoroso metto due sorgenti di rumore indipendenti con medie m1 e m2, avrò in uscita un rumore con media Av(m1-m2) che potrebbe essere nulla se parto da medie in ingresso uguali.
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[25] Re: rumore in diodi polarizzati inversamente

Messaggioda Foto Utenteingmarketz » 8 nov 2022, 10:54

Grazie elfo per il tuo fedback,

1) Questa in teoria e' la domanda che mi pongo e su cui mi piacerebbe avere dei commenti

2) Il front-end che sto progettando e' ad alta risoluzione, per cui questi numeri sono comuni nel campo
dell'elettronica di precisione. Analog device produce ottimi LDO con pochi nV/rtHz di rumore.

3) l'operazionale che uso ha 4nV/rtHz poiche' ho anche altre specifiche da soddisfare per cui questo era il valore minimo che trovato che soddisfa anche altri vincoli.

4) 5nV/rtHz e' il rumore generato dal segnale di ingresso. Puoi immginare che il generatore sia un sensor eche il rumore provenga dall ambiente circostante o lo puoi vedere come il rumore termico generato dalla parte reale dell impedanza del sensore, non e' importante in questo modello.

5) Grazie per il suggerimento. beh si, di test se ne possono fare tanti. Tuttavia la mia era una domanda teorica, poiche' pensavo che fosse una nozione nota che si potesse trovare in qualche libro o link, che qualcuno mi potesse suggerire per approfondimenti. Io al momento non so la risposta perche' sono nuovo nel campo. Tipicamente io verifico innanzitutto che il concetto non sia descritto o discusso in qualche documento o link poi se non lo trovo passo agli espeirmenti. Mi sono riguardato un po di libri di semiconduttori ma non ho trovato la mia risposta. Detto cio' mi pare di aver capito che invece non sia un concetto noto. Per cui penso che l'unica via sia fare esperimenti.

6) Suggerisci DPAD1 poiche' ti aspetti basso rumore in quanto' hanno bassi leakage giusto? Ma implicitamente stai dicendo che il rumore dipende dalla corrente attraverso il diodo. Questo coincide con la descrizione del shot noise. Per cui stai implicitamente dicendo che il shot noise e' la sorgente dominante di rumore nel diode in reverse? Se quanto ho scritto rispecchia quello che volevi dire allora torniamo alla mia domanda iniziale: hai qualche link o documento che prova che la sorgente dominante di rumore in a reversed biased diode e' lo shot noise? Non ho acora scelto un diodo poiche' la mia scelta dipende dalla mia comprensione sul rumore generato dai diodi in reverse biasing. In caso non riuscissi a trovare una risposta teorica, ordinerei quei diodi che mi soddisfano le altrre specifiche che ho e proverei a verificare se soddisfano anche il criterio relativo al rumore.

non posso usare i diodi che suggerisci poiche' hanno una alta forward voltage. La massima forward voltage accettabile nel mio progetto e' 0.4V. In aggiunta, il package del DPAD1 e' gigante se lo comparo con le dimensione della mia PCB.

Grazie comunque per i tuoi suggerimenti
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[26] Re: rumore in diode polarizzati inversamente

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 8 nov 2022, 11:14

elfo ha scritto:Spontaneous fluctuations in the leakage current due to charge generation and recombination in semiconductor diodes .ScottM.J.O.Strutt

https://www.sciencedirect.com/science/a ... 0166901304

Guarda se riesci a scaricarlo con le credenziali di una istituzione accademica.


Ho aperto il link e sono rimasto di stucco: l'abstract dice una cosa completamente diversa da quanto sapevo!

Se andate a vedere il link, che fa vedere solo l'abstract, viene detto apertis verbis, e ripete, che il rumore e` pari a 23 volte il normale rumore shot. Ora, 23 e` un numero "grande" e anomalo, per cui mi sono insospettito e sono andato a vedere l'articolo originale, in cui il rumore di generazione e ricombinazione e` di 2/3 DUE TERZI del rumore shot per la corrente inversa! Poi c'e` un altro contributo non esaminato nell'articolo e il totale e` di nuovo il solito rumore shot. Sono di nuovo piu` felice :-)

Il tutto mi ricorda un racconto di Primo Levi, Cromo, dal libro Il Sistema Periodico. Se non lo conoscete leggetelo, ne vale la pena, come tutto quanto ha scritto Levi.
Per usare proficuamente un simulatore, bisogna sapere molta più elettronica di lui
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[27] Re: rumore in diodi polarizzati inversamente

Messaggioda Foto Utenteelfo » 8 nov 2022, 11:46

Un parametro che secondo me e' importante ma che non ci hai ancora dato e' la banda di interesse.
ingmarketz ha scritto:2) Analog device produce ottimi LDO con pochi nV/rtHz di rumore

Il mitico LT3042 che l'AD se lo e' ritrovato nel portafoglio prodotti dall'acquisizione della Linear Technology.

2 nv/rtHz sono a 10 kHz - a 10 Hz e' 60 nV/rtHz
Il meglio di quelli che avevo postato da < 20 nV/rtHz a 10 Hz

PowerSupply.jpg
PowerSupply.jpg (32.92 KiB) Osservato 259 volte

Argomento diodo:
Rinnovo la mia professione di ignoranza :( (ma ti propongo una visione "laterale")

Hai valutato topologie di protezione che NON prevedano la polarizzazione del diodo nelle normali condizioni di segnale in ingresso (no overload) - che razza di overload prevedi?.

George (Clooney) direbbe: "No polarization, no inverse current, no noise" :mrgreen:
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[28] Re: rumore in diodi polarizzati inversamente

Messaggioda Foto Utenteingmarketz » 8 nov 2022, 12:01

la banda non e' importante poiche' le mie specifiche sono in termini di noise spectral density.
non in rms.

overload previsto 10V

ho pensato a usare tiristori, fuse, e altri metodi ma il piu idoneo e' la protezione con diodi.
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