Faisons du bruit !

[Antoane]

Bonjour,
Je cherche à réaliser un petit générateur de bruit, pour essais divers et test de la "tenue au bruit" de mes "réalisations".
J'ai utilisé un jonction BE polarisée en inverse (sur ce principe : http://www.sonelec-musique.com/elect...ougie_001.html, jusqu'au 741), sous 15V, ça marche bien. Néanmoins, j'ai eu beau chauffer le transistor, tous les briquets du monde n'ont pu augmenter l'amplitude du bruit, bien au contraire.
Pourquoi ? Le montage n'est-il pas supposé générer un bruit thermique ?
Merci d'avance.


PS : Happy Christmas
P²S : "The urgent is done, the impossible is on the way, for miracles expect a small delay"
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[louloute/Qc]

Le carré de la tension du bruit thermique est proportionnel à la température Kelvin.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Bruit_thermique

Si tu fais la différence entre le niveau de bruit à 125˚C (400˚K) à celui à 25˚C (300˚K), ça donne une différence d’à peine 1,25 dB c-à-d un rapport en tension de 1,15

[Tropique]

Ce n'est pas du bruit thermique. Pour ça, il faudrait amplifier la tension aux bornes d'une résistance.
Ici, c'est le phénomène d'avalanche qui cause le bruit.


PS
Si le spectre peut être limité, il est préférable d'employer des méthodes digitales, nettement plus reproductibles (il existe de vraies "noise diodes", mais c'est hors de prix)

[Antoane]

Merci pour vos réponses.
L'avalanche. Dans ce cas, mieux vaut utiliser une zener : la tension de zener est parfaitement connue, il est donc facile de se mettre pile dans le coude, non ?

il est préférable d'employer des méthodes digitales, nettement plus reproductibles

Plait-il ?
Je ne comprend pas...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tropique]

Les jonctions BE des transistors actuels claquent pratiquement toutes en mode avalanche, dans une fourchette de tension assez réduite.
Comme il faut une polarisation en courant plutot qu'en tension, ce n'est pas un problème.
L'avantage d'un transistor, c'est qu'il est produit en planar, et a donc des capacités sensiblement plus réduites qu'une zener courante.
Ce qui permet d'avoir un spectre qui s'étend à des dizaines, ou même des centaines de MHz.

On peut également produire du bruit en filtrant la sortie d'un générateur pseudo-aléatoire.
Le spectre n'est pas parfait, il a des "trous", et il est limité en fréquence, mais on a un gros avantage: l'amplitude est parfaitement stable et déterminée.
Avec suffisamment d'étages, le spectre a l'air quasi-continu, et en clockant les registres à vitesse élevée, on peut étendre le spectre très haut.
Il y a des ICs dédiés à cette application, en CMOS, ce sont par exemple les 4006, 4031, 4517, 4557

[Antoane]

Ok, je comprend mieux.
Pas possible de faire d'essais maintenant, je n'ai aucun registre à décalage en stock. Sur pas mal de circuits (celui-ci, par exemple : page 10), ils utilisent un drôle de circuit RC pour arriver à de l'analogique... Pourquoi pas un DAC ?
Quelle relation entre la fréquence d'horloge et la bande de bruit générée (en gros ) ?
Si j'ai bien saisi, plus le registre a d'étages, plus la séquence générée sera longue, donc plus se sera aléatoire (surtout pour une grande fréquence d'horloge) ?
Merci encore.

[Tropique]

Ok, je comprend mieux.
Pas possible de faire d'essais maintenant, je n'ai aucun registre à décalage en stock. Sur pas mal de circuits (celui-ci, par exemple : page 10), ils utilisent un drôle de circuit RC pour arriver à de l'analogique... Pourquoi pas un DAC ?

Celui-là semble une exception; il faudrait l'analyser en détails, mais on dirait à première vue qu'il génère une séquence "précablée", comme s'il lisait le contenu d'une ROM, plutot que de générer une vraie séquence pseudo-aléatoire.
Par contre, l'utilisation d'un RC n'a rien d'anormal: c'est le convertisseur D/A le plus simple et le plus économique qui soit.
On considére la séquence comme un signal PWM que l'on filtre pour obtenir la valeur moyenne.
Un DAC est utilisable également, mais c'est beaucoup plus lourd, et on ne gagne pas énormément, puisqu'il faut normalement éliminer la fréquence d'échantillonnage du signal de sortie (lisser les escaliers).

Quelle relation entre la fréquence d'horloge et la bande de bruit générée (en gros ) ?
Si j'ai bien saisi, plus le registre a d'étages, plus la séquence générée sera longue, donc plus se sera aléatoire (surtout pour une grande fréquence d'horloge) ?

La fréquence de base du signal PRBS (la fréquence à laquelle la même séquence se répète) détermine la périodicité du signal.
Par exemple, une séquence maximale de 15 bits (le choix des prises intermédiaires des registres permet cette maximalité) se répétera après 2¹⁵-1 coups d'horloge (l'état tout 0 est exclu).
Tous les 32767 coups d'horloge, la séquence va se répéter, et cette périodicité va déterminer d'une part la fréquence minimale produite, d'autre part l'espacement des raies du spectre.
Par exemple, si la fréquence d'horloge est de 32767Hz, la séquence va se répéter au rythme de 1Hz, ce sera la plus basse fréquence produite, et ce sera la première raie du spectre. Ce ne sera pas la seule: le signal est loin d'être sinusoidal, et il est "découpé", donc modulé à rythme variable (pseudo aléatoire), mais qui ne peut excéder la fréquence d'horloge: l'enveloppe du spectre doit s'annuler à cette fréquence. Mais, si on regarde le signal de sortie non filtré, qui est en créneaux, on verra également des fréquences s'étendant (en principe) jusqu'à l'infini; mais toujours modulées par le spectre de base.
En résumé:
Le spectre de sortie sera discret, constitué d'une série de raies dont l'espacement est déterminé par la longueur de la séquence, donc du nombre de bits (1Hz dans l'exemple): au plus il y a de bits, au plus les raies seront serrées, et le spectre continu.
L'enveloppe du spectre sera déterminé par la fréquence d'horloge: ce sera une série de lobes, dont le premier est centré sur 0 et s’annule à F clock (32767Hz dans l'exemple). La forme générale de cette enveloppe est en (sinx/x )².

Normalement, pour une utilisation analogique, on ne garde que le premier lobe, et encore, on s'arrange pour avoir une fréquence d'horloge suffisante pour rester dans la partie quasi-plate du lobe, avec une réponse qui n'est déterminée que par le filtre de sortie.

[Tropique]

une petite précision: hier j'avais survolé rapidement le générateur Velleman et supposé qu'il n'appartenait peut-être pas à la catégorie LFSR, mais en définitive, si: un XOR est émulé avec les NANDs, c'est donc bien circuit tout à fait classique.

[Antoane]

J'étudie tout ça et reviens vous voir.
Merci beaucoup.

[Antoane]

"Bonjour monsieur, il me faudrait un 4517, s'il vous plait. Vous n'en avez pas ? un 4557 dans ce cas. Non plus, mais vous pouvez me le commander sous 10 jours. Un 4006 alors ? toujours pas. Un 4031 ? non, mais vous pouvez me proposer un 4030 ou un 4032... Hum, C'est tentant..."

En PJ le schéma que j'ai utilisé, avec ses 75étages. La clock est de 758kHz, on voit bien le (sin x/x)². Mes raies sont espacées d'à peu près 30kHz.
Ne devraient-elles pas l'être de f(clk)/(2^n - 1)=2.E-17 Hz ? erreur de mesure ?

En PJ aussi le spectre du signal sortant d'un LFSR à 6étages : il est bien plus propre, plus proche de l'enveloppe.

Mon "analyseur de spectre" vient de la fonction FFT d'un oscillo Agilent DSO1002 (prêté par le lycée ). A partir de quel signal ? il ne prend que la partie numérisée du signal d'entrée ?


Petite question qui n'a rien à voir : sur la photo d'écran (signal carré 758kHz, sauf erreur), on voit comme un sinus ou un triangle superposé, à quoi est-il dû ?
Merci d'avance.

[Tropique]

"Bonjour monsieur, il me faudrait un 4517, s'il vous plait. Vous n'en avez pas ? un 4557 dans ce cas. Non plus, mais vous pouvez me le commander sous 10 jours. Un 4006 alors ? toujours pas. Un 4031 ? non, mais vous pouvez me proposer un 4030 ou un 4032... Hum, C'est tentant..."

En PJ le schéma que j'ai utilisé, avec ses 75étages. La clock est de 758kHz, on voit bien le (sin x/x)². Mes raies sont espacées d'à peu près 30kHz.
Ne devraient-elles pas l'être de f(clk)/(2^n - 1)=2.E-17 Hz ? erreur de mesure ?

Il y a plusieurs soucis: pour voir un tel espacement, il faudrait que tu échantillonnes pendant un temps de l'ordre de 10¹⁷s, ce qui risque de poser des problèmes pratiques.
D'autre part, même si tu arrivais à le faire, il faudrait que le jitter de ta clock et de ton appareil de mesure soient sous cette limite, ce qui sera également difficile.
Enfin, ton DSO a une profondeur mémoire limitée et comme ton signal n'est pas continu mais est haché à la fréquence de clock, il y a un aliasing extrêmement sévère: digital mesuré avec du digital = problème.
Il faudrait un analyseur de spectre conventionnel pour voir quelque chose

En PJ aussi le spectre du signal sortant d'un LFSR à 6étages : il est bien plus propre, plus proche de l'enveloppe.

L'échantillonnage devient suffisant pour reconstruire quelque chose de sensé.

Mon "analyseur de spectre" vient de la fonction FFT d'un oscillo Agilent DSO1002 (prêté par le lycée ). A partir de quel signal ? il ne prend que la partie numérisée du signal d'entrée ?

Oui

Petite question qui n'a rien à voir : sur la photo d'écran (signal carré 758kHz, sauf erreur), on voit comme un sinus ou un triangle superposé, à quoi est-il dû ?

:

De nouveau de l'aliasing, soit avec la fréquence d'échantillonnage, soit avec les pixels du display, soit les deux.

En fait, ce que tu vois est un peu la manière dont les anciens oscillo à échantillonnage travaillaient: on prend un échantillon de temps à autre, en "glissant" sur la forme d'onde, pour la reconstruire à une autre échelle temporelle.
La forme d'onde que tu vois doit se rapprocher de celle qu'a ton oscillateur.
Entre parenthèse, je me pose des questions quant à sa qualité, avec un XOR ainsi, il risque d'y avoir des instabilités qui ajoutent encore des choses indésirables au spectre.

Si tu veux voir plus de chose avec ton DSO, tu devrais convertir ton signal en analogique: comme c'est l'analogue de PWM, un simple passe-bas suffit, 10K et 4.7nF p.ex., le spectre (en BF) devrait déjà plus ressembler à ce que tu attends.

[Antoane]

Il doit me manquer quelques courts sur le traitement du signal...

C'est effectivement bien mieux en sortie du filtre, et c'est plus joli, plus proche de ce qu'on appelle habituellement du "bruit".
Je testerai à la rentrée sur un vrai analyseur de spectre.
Merci beaucoup !


PS : We can't solve problem by using the same kind of thinking we used when we created them Einstein

[Antoane]

Une idée folle : supposons ma PRBS dans une RAM dont les n entrées d'adresse sont attaquées par n oscillateurs de fréquences différentes, non corrélées, le signal de sortie est-il pseudo-aléatoire ?
Merci.

[Tropique]

Oui, puisque en principe, on peut lire la RAM à n'importe quelle vitesse et dans n'importe quel ordre (sauf celui du polynôme générateur du PRBS, auquel cas on fait un décodage, style boucle de Costas), le résultat sera toujours pseudo aléatoire, et le fait d'introduire des fréquences non-corrélées va équivaloir à augmenter la longueur effective de la séquence, donc la "qualité" du pseudo hasard.

[Antoane]

Je tenterai, merci.


PS :Je méprise profondément celui qui peut, avec plaisir, marcher, en rang et en formation, derrière une musique : ce ne peut être que par erreur qu'il a reçu un cerveau, une moëlle épinière lui suffirait amplement Einstein