Eingangssignalrauschen

Eingangssignalrauschen bezeichnet die ungewünschte Rauschkomponente, die dem zu messenden oder zu verarbeitenden Eingangssignal eines elektronischen Systems beigesellt wird. Es entsteht bereits am Sensor oder am Anfang der Signalverarbeitung und beeinflusst die Genauigkeit der Messung oder Analyse.

Ursachen des Eingangssignalrauschens lassen sich in intrinsische und extrinsische Quellen unterscheiden. Intrinsisches Rauschen stammt aus den Bauteilen selbst, zum Beispiel thermisches Rauschen (Johnson-Nyquist), Schrot- oder Flickerrauschen. Extrinsisches Rauschen ergibt sich aus externen Störeinflüssen wie elektromagnetischer Interferenz (EMI), Netzbrummen, Erdungsschleifen, mechanischen Störungen oder Layout-Fehlern. Die Rauschleistung ist häufig frequenzabhängig, daher wird Rauschen oft durch eine spektrale Dichte S_VV(f) beschrieben.

Zur Charakterisierung wird die spektrale Rauschdichte gemessen. Der RMS-Rauschwert über ein Band [0, BW] ergibt sich aus Vrms = sqrt(∫_0^BW S_VV(f) df). Weißes Rauschen hat eine annähernd konstante PSD, sodass Vrms grob als sqrt(S_VV * BW) angenähert werden kann. Wichtige Kennwerte sind das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und der Rauschabstand, der die relative Stärke des Rauschens am Eingang beschreibt.

Auswirkungen des Eingangssignalrauschens umfassen eine begrenzte Auflösung, erhöhte Messunsicherheit und potenzielle Fehlinterpretationen bei niedrigen Signalen oder breiter Bandbreite. Rauschen kann außerdem zu Bias oder Verzerrungen in der Analyse führen.

Maßnahmen zur Reduktion umfassen systematische Designentscheidungen: Auswahl niederrauschender Sensoren und Verstärker, gute Erdung und Abschirmung, Impedanzanpassung, Bandbreitenbegrenzung, geeignete Filter, Differentialsignale, sowie digitale Verarbeitungstechniken wie Averaging oder Oversampling. Temperaturkontrolle kann ebenfalls signifikante Effekte mindern.