نویز (Noise) در شبکه

 نویز درشبکه

تعریف نویز در شاخه های مختلف مهندسی برق و دستگاههایی همچون یو پی اس ،دستگاههای چاپگر و…

باید توجه داشت که اثر نویز درشبکه و در هر یک از شاخه های مهندسی برق، تعریف آن را محدود می کند. در مهندسی قدرت نویز الکتریکی که یک اختشاش الکتریکی نامیده می شود منجر به اتلاف بیشتر توان در خطوط انتقال می شود.
در مخابرات و ارتباطات نویز به عنوان یک اختلال و شاید به عنوان عامل ایجاد کننده ترافیک در کانال ها تعریف می شود.
در الکترونیک نویز عاملی محسوب می شود که موجب اختلال در ارسال و یا دریافت اطلاعات می شود. حال کمی تعاریف را ریزتر می کنیم:
در زمینه مدارهای دیجیتال ( که دنیایی کاملا متفاوت دارد، چون طراحان مدارهای دیجیتال تنها به محدوده زمان فکر می کنند) نویز به عنوان یک خطا و انحراف از مقدار واقعی سیگنال است که در فاصله هایی از زمان به صورت پویا ظاهر می شود. این مقدار خطا در تئوری مدارهای آنالوگ به عنوان نوسانات شناخته می شود.

این خطا در مقدار سیگنال می تواند به علت های مختلفی از جمله:
۱٫ تغییرات و بی ثباتی منبع تغذیه DC باشد.
۲٫ شیفت پیدا کردن مقادیر واقعی در هنگام پردازش
۳٫ تغییرات دما
۴٫ تابش های محیط
و… باشد .
(این موارد معمولا در مدارهای آنالوگ به حساب نمی آیند) در مدارهای منطقی با اصطلاح نویز القایی روبه رو می شویم. این مفهوم از آنجا گرفته شده که وقتی ولتاژی دو سر یک القاگر ظاهر گردد جریان آن به سرعت تغییر نمی کند، نویز القایی ناشی از پارازیت تزویج شدن در نزدیکی مدار است.(بنابراین هرگاه ولتاژ انتقالی در نزدیکی مدار تبدیل شود موجب یک آشفتگی در مدار می شود)
در مدارهای مجتمع دیجیتال CMOS به هر گره ای که برای ارسال اطلاعات بین گیت های منطقی و مدار استفاده می شود، گره ارزیابی می گویند.
نویز ایستا هر گونه انحراف از مقدار ولتاژ بین ولتاژ منبع و زمین در گره ارزیابی تعریف می شود. که در حالت عادی باید صفر یا یک منطقی باشد. طراحان مدار دیجیتال شامل APS با نویز های موقتی سروکار دارند. یکی از ویژگی های خاص این شاخه پویا بودن مدارهای دیجیتال است.( به این معنی که توپولوژی این مدارات به گونه ای است که مقادیر عناصر آن وابسته به زمان است زیرا ترانزیستور ها به طور دائمی بین حالت قطع و اشباع سوئیچ می شوند) علاوه برآن در بیشتر کاربردهای APSمدار بیشتر در حالت گذر است تا پایدار .روش شناسایی این نویز پیچیده تر است زیرا هیچ یک از عملکردهای مدار به صورت پایدار نیست. (نویزهایی که تا به اینجا بررسی شد نویزهای با الگوی ثابت نیز نامیده می شوند) در واقع نویز موقتی را می توان نوساناتی وابسته به زمان که از منبع اصلی به وجود می آیند تعریف کرد.
در اصطلاح نویز ورودی ، اشاره به یک پالس و یا خطایی که در ورودی گیت های منطقی ظاهر می شود دارد.
دیدکلی:
به طور کلی ما نویز ها را به دو دسته تقسیم می کنیم:

نویز های ذاتی یا داخلی

این نوع نویز در داخل مدار تولید می شود و وابسته به ماهیت فیزیکی مدار است. به عنوان مثال در سیستم های خطی منشا این نویز ماهیت گسسته حاملان بار است و بنابراین تعداد بارهایی که در یک مقطع مشخص نسبت به زمان در حال نوسان اند باعث به وجود آمدن نویز می شود.این نوسانات همیشگی و غیر قابل اجتناب اند. ( بنابراین ما نمی توانیم نویز های ذاتی را از بین ببریم اما با تکنیک هایی که در ادامه گفته خواهد شد می توانیم اثرات آنها را کاهش دهیم.)

نویز حرارتی با نویز سفید

نویز حرارتی ، چنانچه از نام آن مشخص است از حرکت تصادفی حامل های باردار در یک محیط رسانا که دمایش بالاتر از صفر مطلق است ناشی می شود. سرعت این حرکت با افزایش دما زیاد می شود. این نویز را نویز سفید نیز می نامند. نویز حرارتی را نویز جانسون یا نویز مقاومتی نیز می نامند زیرا جانسون دریافت که این نوع نویز در تمام هادی ها وجود دارد و وابسته به درجه حرارت می باشد.

نویز اتصالی

نویز اتصالی ناشی از تغییر ضریب هدایت می باشدکه در اتصال غیرممکن بین دو ماده به وجود می آید.این نویز در هر جایی که دو هادی به هم متصل شده باشد به وجود می آید مثل سوییچها یا کنتاکت های رله و یا در ترانزیستور و دیود به دلیل اتصال غیرکامل رخ می دهد. به نویز اتصالی و به دلیل نسبت عکس فرکانسی اش ، نویز۱/F یا نویز فرکانس پایین نیز می گویند زیرا در فرکانس بالا مقدار کمی دارد.
باید توجه کرد که مقدار نویز اتصالی در فرکانس های کم به دلیل مشخصه ۱/F آن، خیلی زیاد می شود . نکته ی مهم این که اکثر تئوری های نویز اتصالی در فرکانس کم ثابت می شوند.همچنین به دلیل مشخصه ی ۱/F نویز اتصالی در فرکانس های پایین معمولا مهترین منابع نویز است.
نویز اتصالی یکی از نویزهای قابل توجه است که مقدار تقریبی ۱/F در بازه ی فرکانسی سیگنال اصلی را دارد به این معنا که قدرت این نویز با افزایش فرکانس کاهش می یابد، گاهی این نویز را نویز صورتی نیز می نامند.

نویز ضربه ای ( که در الکترونیک به آن ساچمه ای می گویند)

شات نویز موقعی به وجود می آید که جریان گذرنده از یک المان حول یک مقدار متوسط کم و زیاد شود و نوسان پیدا کند که علت آن صدور نامرتب الکترون هاست.
این نویز در لامپ خلا و در نیمه هادی ها وجود دارد. در لامپ های خلا ، شات نویز در اثر صدور نامرتب الکترون ها از کاتد به وجود می آید. در نیمه هادی ها نیز شات نویز ناشی از نفوذ حامل ها از بیس ترانزیستور و به وجود آمدن و دوباره ترکیب شدن جفت الکترون و حفره می باشد.

نویز پاپکورن

نویز پاپکورن که نویز انفجاری هم نامیده می شود، برای اولین بار در دیود های نیمه هادی کشف شد. هم اکنون در مدارات مجتمع نیز وجود دارد. اگر نویز انفجاری تقویت شده و به بلند گو برود صدایی شبیه به صدای انفجار به وجود می آورد و با نویز حرارتی که به آن افزوده می شود صدایی کاملا شبیه به بو دادن ذرت پیدا می کند و به همین دلیل به آن نویز پاپکورن گویند.
برخلاف منابع نویزی که در این بخش بیان شدند، نویز پاپکورن ناشی از نقص ساخت کارخانه ای بوده و می توان با روش های پیشرفته در ساخت المان ها، آن را حذف نمود.
این نویز در اثر نقص اتصال نیمه هادی ؛ و معمولا به دلیل کثیف بودن فلز، به وجود می آید. نویز پاپکورن به صورت انفجاری بوده و موجب تغییرات تصادفی در سطح ولتاژ نویز حرارتی می شود. پهنای انفجارات نویز از میکرو ثانیه تا چند ثانیه متغیر است. فرکانس تکرار آن قابل پیش بینی نبوده و از یک پالس در دقیقه تا چند صد پالس در ثانیه می باشد. ولی برای هر نمونه ی خاصی از المان ، دامنه ی آن ثابت است چون تابعی از مشخصه نقص در اتصال می باشد.

نویز الکتریکی (Electrical Line Noise)

نویز در واقع تغییرات نامنظم و کاملا اتفاقی ولتاژ است. تداخل الکترومغناطیس (EMI) و یا تداخل ناشی از فرکانس­های رادیوئی (RFI) از انواع نویز هستند.

عوامل موثر در ایجاد نویز:

نویز الکتریکی در اثر مشکلات کابل، کابل­کشی و مجاورت با تجهیزات فرکانس رادیویی، القای امواج روی خطوط انتقال، کارکرد ترانسفورمرها،یو پی اس ها، ژنراتورها و دستگاه­ های صنعتی بوجود می­آید.

تاثیر نویز بر شبکه و بار مصرفی:

نویزها باعث سوء کارکرد و بروز خطا در برنامه­ های اجرایی و فایل­های اطلاعاتی می­گردد. به طور­کلی نویز الکتریکی می­تواند باعث اشکالات نرم افزاری (مانند Hang نمودن کامپیوتر) و در نتیجه از دست رفتن اطلاعات شده ولی موجب آسیب­های سخت­افزاری نمی­گردد.

نویزها دو نوع اند:

1. Normal Mode Noise

2. Common Mode Noise

1- Normal Mode Noise 

این نویزها عموما بین خطوط فاز و نول شبکه دیده شده و باعث آسیب منابع تغذیه، بردها و اجزای تشکیل دهنده مدار می­شوند.

2- Common Mode Noise

بیشتر نویزها از این دسته ­اند و بین خطوط فاز و ارت یا نول و ارت وجود داشته و باعث از دست رفتن اطلاعات در کامپیوترها می­شوند.

تاثیر نویز در بیت­های اطلاعاتی:

طبق منطق موجود در تجهیزات و دستگا­ه ­های کامپیوتری، سطح ولتاژ صفر ولت، سطح منطقی صفر و سطح ولتاژ 5 ولت، سطح منطقی یک در نظر گرفته شده است.

نویزهای وارد شده به سیستم­ها در سطوح منطقی مختلف، می­توانند بر روی سیستم تأثیر­ گذاشته و سطح منطقی را تغییر دهند.

برای دریافت اطلاعات بیشتر و همچنین راهنمایی و رفع ایرادات درخصوص نویز ایجادشده درسیستم خود میتوانید از همکاران ما درگروه کیان صنعت راهنمایی بخواهید.