Elektroonikamüra: määratlus, tüübid ja mõju sidesüsteemidele

Elektroonikas on müra juhuslik kõikumine elektrisignaalis. See esineb kõikides elektroonikahelates. Elektrooniliste seadmete tekitatud müra on väga erinev. Sidesüsteemides on müra viga või juhuslik häire kasulikus teabes sidekanalis.

Müra on looduslikest ja mõnikord ka inimtekkelistest allikatest pärit soovimatu või häiriv energia kogusumma. Müra eristatakse tavaliselt häiretest, näiteks tahtlikust segamisest või muudest soovimatutest elektromagnetilistest häiretest.

Kui sõnum edastatakse loomulikus keeles (mõistetavad tähed), siis on see müra suhtes vastupidavam kui kõnekeel.

Tüübid ja allikad

• Termiline müra (Johnson–Nyquist) – tingitud elektronide soojusliikumisest takistites ja vooluringides; laialt levinud ja sõltub temperatuurist.
• Shot-müra – tekib laengukandjate diskreetsetest juhtumistest, näiteks dioodis või vooluallikas; oluline madalatel vooludel ja kiirtest signaalidest.
• Flicker- või 1/f-müra – sageduspõhine müra, mis suureneb madalatel sagedustel; levinud transistori ja ahela komponentide juures.
• Purske- või popcorn-müra – äkilised amplituudi hüpped, sageli pooljuhtides ja elektroonikas kontaktides.
• Intermodulatsioon ja harmoniline müra – tekib mitme signaali mittelineaarsel segamisel, põhjustades spetsiifilisi lisasagedusi.
• Ristmüra (crosstalk) – signaali lekkimine ühest juhtmest või rajast teise, tavaliselt lähiste kisub või paigaldusviga tõttu.
• Impuls- ja elektromagnetilised häired (EMI) – lühiajalised kõrge energiaga häired, näiteks välgu, mootori süüte või raadiosaatjate poolt.

Müra omadused ja mudelid

Müra kirjeldatakse sageli statistiliste omadustega: kas see on additiivne (lisatakse signaalile), mitteadditiivne, stationaarne või mitte-stationaarne. Paljude sidetööstuses kasutatavate analüüside puhul eeldatakse Gaussilist additiivset valge müra (AWGN), mis lihtsustab teoreetilisi arvutusi. Tegelikus maailmas võivad müra spektrid olla värvilised (näiteks pink ehk 1/f) ja mittematemaatiliselt jaotunud.

Mõõdikud ja mõju sidesüsteemidele

• SNR (signal-to-noise ratio) – signaali ja müra võimsuse suhe; peamine tegur, mis mõjutab side kvaliteeti ja andmeedastuskiirust.
• BER (bit error rate) – vigade sagedus paketis või bittide voos; müra kasvades BER suureneb.
• Mürafaktor ja müra temperatuur – koostatakse ahela müranäitajad, eriti võimendite ja vastuvõtjate puhul.
• Kanali läbilaskevõime – Shannon–Hartley teoreem näitab, et maksimaalne teabemaht sõltub SNR-ist; müra vähendab kantud informatsiooni hulka.

Leevendus- ja kaitsemeetodid

Sidesüsteemide töökindluse parandamiseks kasutatakse mitmeid meetodeid:

• Filtreerimine – sageduspiirangud, et eemaldada soovimatud komponendid ja vähendada lairiba müra.
• Kodeerimine ja kanalikoodid – vigu parandavad koodid (näiteks Reed–Solomon, LDPC), mis vähendavad BER-i isegi müra olemasolul.
• Modulatsioonitehnikad – näiteks sageduslevitus (spread spectrum) ja digitaalsed modulatsiooniskeemid, mis suurendavad immuniteeti müra suhtes.
• Shielding ja maandamine – elektromagnetilise kiirguse tõkestamine ja sobiv maandus vähendavad EMI mõju.
• Differentsiaalne signaaliedastus ja paari keeramine – vähendavad ristmüra ja välismüra mõju juhtmestikus.
• Low-noise amplifier (LNA) ja sobiv sisendsignaalining – parandavad vastuvõtu SNR-i enne signaali edasist töötlemist.
• Adaptatiivne võrdsustamine ja filtrid – kohanduvad kanalitingimustega ja vähendavad ajutisi häireid.

Mõõtmine, diagnostika ja standardid

Müra mõõdetakse spektri- ja ajadomeeni instrumentidega: spektrianalüsaatorid, oskilloskoobid, müraanalüsaatorid ja võrguanalüsaatorid. Oluline on hinnata nii võimsust (dBm) kui ka spektraalset tihedust (dBm/Hz). Tööstusstandardid (näiteks EMC- ja EMI- nõuded) määravad lubatud müratase erinevates sagedusrühmades ning nõuavad testimist ja sertifitseerimist.

Kokkuvõte

Elektroonikamüra on igapäevane ja mitmekesine nähtus, mis mõjutab kõiki sidesüsteeme: alates lihtsatest juhtmestatud ahelatest kuni keerukate traadita võrgu- ja raadiosüsteemideni. Mõistmine, mõõtmine ja sobivate leevendusmeetodite rakendamine võimaldavad parandada side usaldusväärsust, vähendada vigade arvu ja suurendada süsteemide läbilaskevõimet.

Küsimused ja vastused

K: Mis on müra elektroonikas?

K: Kas müra esineb kõigis elektroonikahelates?

K: Kuidas erineb müra elektroonikaseadmetes?

K: Mis on müra sidesüsteemides?

K: Millest koosneb müra?

K: Kas müra on sama mis häire?

K: Kumb keel on müra suhtes vastupidavam, kas kõnekeel või loomulik keel?

Otsing