雜訊、接地與電磁相容

閃爍雜訊(flicker / 1/f noise)

有些雜訊在低頻最大、隨頻率升高而消退,是一種緩慢、遊走、漂移的嘶聲,而非平坦穩定的那種。這就是閃爍雜訊,又稱 1/f 雜訊,因為它的功率隨頻率下降而上升,大致正比於 1 除以頻率。當熱雜訊與散粒雜訊是平坦的背景嗡聲,閃爍雜訊就是它們底下海面的緩緩起伏:你在一個遲遲無法穩定的電表讀數中看到的那種輕柔漂移。

它的功率譜密度正比於 1/f,所以你看得越低,每個八度音程的雜訊就越多;當頻率趨近直流時它會無上限地增長,這正是極慢量測會漂移的原因。每種元件都有一個轉折頻率,在那裡它的閃爍雜訊已降到與其白雜訊相當的水準。在這轉折之下閃爍雜訊主導,在它之上則由熱雜訊或散粒雜訊主導。對一顆好的雙極性電晶體,這轉折可能只有幾赫茲;對 MOSFET 卻可能高達數百千赫,因為閃爍雜訊主要來自電荷在不完美的表面與介面被捕陷與釋放,而 MOS 電晶體正是表面元件。

閃爍雜訊正是直流與極低頻精度難做的原因:失調與增益似乎會在數秒到數分鐘間遊走。經典的解法是把訊號移離閃爍雜訊棲身的直流,做法是把放大器斬波或自動歸零,或乾脆在慢速精密工作中選用雙極性元件而非 MOSFET。要誠實指出一個差別:不像熱雜訊與散粒雜訊,閃爍雜訊沒有乾淨的通用公式。它取決於特定的元件、其偏壓與製程,所以你是從規格書讀出它,而非用常數算出它。

一顆音訊運放的 1/f 轉折或許在 10 Hz 附近,所以它的嘶聲在 10 Hz 之上是平坦的、之下卻陡升。一顆轉折在 1 kHz 附近的 CMOS 運放,在慢速直流量測中明顯較吵,即使它在音訊頻率看來很安靜。

1/f 轉折頻率告訴你一顆元件能在多低的頻率上維持安靜。

1/f 雜訊無法像單一音調那樣被濾掉,因為它就棲身在與你的慢速訊號完全相同的低頻帶。要逃離它,你必須把量測搬到較高的頻率,而這正是斬波所做的事。

又称
1/f noisepink noiseexcess noise1/f 雜訊粉紅雜訊