
【計】 granularity noise
顆粒噪聲(Granular Noise)是電子工程與信號處理領域中的專業術語,指電子設備或系統中因離散粒子(如電子、光子)隨機運動産生的非均勻信號波動現象。其物理本質與量子力學中的統計漲落相關,常見于低照度圖像傳感器、通信系統及音頻設備中。
顆粒噪聲在漢英對照詞典中對應英文術語為"granular noise"或"shot noise"。根據《電子工程術語國際标準》(IEEE Std 100-2020),該現象被定義為“離散電荷載體在通過勢壘時,因量子隧穿效應引發的電流隨機波動”。其數學表達式可表示為: $$ S_N(f) = 2qI $$ 其中$q$為基本電荷量,$I$為平均電流,$f$為頻率。該公式表明噪聲功率譜密度與電流強度呈線性關系。
國際電工委員會(IEC 61260-1:2014)規定了顆粒噪聲的标準化測量方法,常用抑制技術包括:
該現象的研究對高精度測量儀器和量子計算設備開發具有重要指導價值。
顆粒噪聲(又稱散粒噪聲或散彈噪聲)是電子學和通信領域中的一種噪聲類型,其核心特性與電流的離散性相關。以下是詳細解釋:
物理定義與來源
顆粒噪聲由載流子(如電子)的離散運動引起,常見于半導體器件和真空管中。當電流通過器件時,載流子的隨機到達會導緻電流瞬時值的波動,這種波動表現為噪聲。其名稱來源于Schottky在1918年的比喻,類比子彈隨機擊中靶子的聲音。
數學表達式
散粒噪聲的電流均方值公式為:
$$
I = 2qI{text{dc}}Delta f
$$
其中,( q )為電子電荷量(( 1.6 times 10^{-19} , text{C} )),( I{text{dc}} )為直流電流,( Delta f )為測量帶寬。
頻率特性
在低頻和中頻範圍内,顆粒噪聲呈現白噪聲特性(與頻率無關),而高頻時其頻譜會隨頻率變化。
攝影領域的延伸概念
在膠片攝影中,“顆粒”指膠片化學反應産生的隨機銀鹽分布,形成獨特的質感;而數碼攝影的“噪點”是高感光度(ISO)導緻的像素信號失真,屬于電子噪聲。兩者雖名稱相似,但物理機制不同。
擴展說明
顆粒噪聲是電子設備的主要噪聲源之一,尤其在低電流場景下顯著。在工程中需通過優化器件設計或信號處理技術來抑制其影響。攝影領域則通過膠片選擇或降噪算法區分處理顆粒與噪點。
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