Procesos de ruido interno en los circuitos electrónicos. Técnicas de computación de la estabilidad de la frecuencia

Abstract

La presente obra tiene por fin principal mostrar los resultados que arroja el proyecto de investigación nacional DPI2003-00878 en ejecución por los autores y financiado por el Ministerio de Ciencia y Tecnología de España (en el año 2003). Agradecemos a la Secretaría de Estado de Política Científica y Tecnológica (Dirección General de Investigación) la confianza depositada en el equipo investigador. El título del proyecto financiado es: “Técnicas de Computación en Equipos Electrónicos de Instrumentación para la Caracterización de la Estabilidad en Frecuencia de Fuentes Electrónicas de Precisión en Ambientes de Confluencia de Múltiples Tipos de Ruido”. La duración de este proyecto abarca el periodo del 1 de diciembre de 2003 al 30 de noviembre de 2006. Durante su ejecución se han revisado aspectos múltiples y pluridisciplinares, que constituyen la base de conocimientos adquiridos y expuestos en el presente documento.

En líneas generales, en este proyecto se trata el problema del efecto del ruido interno en los circuitos electrónicos, analizando la problemática de la estabilidad en frecuencia. Esta magnitud física está involucrada en los equipos de comunicaciones, por lo que la caracterización de su estabilidad es un factor crítico. Una frecuencia poco estable hace que la temporización de eventos en un equipo electrónico sea poco fiable. Asimismo, la generación se señales es de baja calidad si el oscilador de referencia es poco estable. En general, la inestabilidad (a corto plazo) de una medida es provocada fundamentalmente por el efecto del ruido interno.

El necesario repasar el concepto de “trazabilidad” con el fin de conocer el proceso de calibración de estos equipos. También se analizan cualitativamente los estándares en frecuencia. Los efectos del ruido sobre los circuitos electrónicos se caracterizan mediante las densidades espectrales de ruido (DER) evaluadas en la salida. Esto supone el empleo frecuente de diagramas logarítmicos. Para la obtención de las DER de salida se requiere el empleo del “Principio de Inversión” y el análisis de circuitos electrónicos basados en el amplificador operacional. Este se considera con sus Emitaciones prácticas en el dominio de la frecuencia. Así, una vez planteado el problema, descritos los estándares, y modelado y anaEzado el efecto del ruido sobre los circuitos electrónicos, se diferencia entre offset de frecuencia (desviación en frecuencia) y estabilidad en frecuencia. Esta última característica es el objeto del resto de la obra, empleándose la “varianza Ae Alian” como estimador de la estabilidad.

Posteriormente se estudia el procedimiento de interpretación de las curvas de estabilidad y su traslación entre los dominios del tiempo y de la frecuencia. Para ello se emplean en primer lugar ejemplos deterministas y, posteriormente, procesos aleatorios. A lo largo del libro se pone de manifiesto el empleo de receptores GPS1 en el proceso trazable de cabbración y se muestra en el laboratorio un ejemplo.

Queremos finalizar indicando que esta obra supone una entrega de los avances producidos en el presente proyecto de investigación. Los sucesivos progresos incrementarán los contenidos del presente trabajo.