Elektriksel gürültü nasıl ölçülür?

Güç Kaynağı Gürültüsü hakkında sorduğum bir başka soru da beni bu soruyu sormaya itti.

Arka plan aşağıdaki gibidir: PD (Fotodetektör) ve orta frekansta (çift yüz KHz) Opamp ile bir tasarımım var. Tasarımımı geri geldiğinde test etmeye çalışıyorum. Güç kaynağı gürültüsü, opamp besleme gürültüsü ve opamp çıkış gürültüsüne bakıyorum. Farkettim ki, sadece sondaya dokunmaktan daha fazlası var. İnsanlar güç döngüleri, özel kablolar vb.

İki hafta içinde başka bir tahtayı döndüreceğim ve şimdi tahtanızı tasarlıyorsanız, gürültüyü doğru bir şekilde ölçebilmeniz için tahtanıza ne tür test noktaları veya elemanlar yerleştirdiğinizi sormak istedim. <20mV tipi sinyallerden bahsediyoruz.

Bonus soru: Opamp çıkışı, işlemcinin bir ADC'sine bağlanır. Ucuz kapsamımı bağlamaya kıyasla ADC'yi çalıştırabilir ve gürültüyü daha derin bir şekilde kavramak için bunu çizebilir miyim?

Gürültüyü ölçmek zordur ve kapsamınızda gördüğünüz genlik , seviyenin sadece ilk göstergesidir .
Mutlak gürültü seviyelerini mi ölçmek istiyorsunuz, yoksa sadece karşılaştırmalı mı? İkinci durumda, kapsam iyi bir araç olabilir, ancak verilen seviyelerde ortalama 500 dolarlık kapsam o kadar fazla gürültüye sahip olacaktır ki herhangi bir ölçüm aslında anlamsız hale gelecektir. Bunu yapmak için yüksek kaliteli bir kapsam + ditto problarına ihtiyacınız vardır.

Gürültüyü ölçmenin zorluğu, geniş bir bant genişliği sürekli enerji spektrumuna sahip olmasıdır (sürekli spektrum, gürültüyü sinyalden ayırmayı zorlaştırır, çentik filtreleri işe yarayabilir). İdeal olarak gürültü enerjisini RMS-DC dönüşümü ile ölçersiniz . RMS-DC dönüştürücünüzün düşük seviyeler ve geniş bant nedeniyle çok hassas olması gerektiğinden, bu durum kalp zayıflığı için değildir. Ve elbette düşük gürültülü ol! Sıvı azot yardımcı olur :-).
Her durumda, mutlak sinyal-gürültü oranı okuma genlikleri kadar kolay değildir.

Tipik olarak, bunun gibi şeyleri ölçmeye yardımcı olmak için kartın ilk dönüşlerinde bazı parçalar tasarlarsınız. Baypas kapakları ve filtreler için ayak izleri ile cömert olun ve örneğin SMA koaksiyel kontaklarını sinyal zincirindeki kilit yerlere koyun, ancak bunları T-bağlantısında çıkarılabilir bir SMD 0-ohm direnç ile yerleştirin, böylece saplamanın etkilemesi gerekmez kullanılmazsa sinyal zinciri.

Düşük frekanslı sinyaller için bunu doğrudan kapsama bağlayabilirsiniz, ancak SMA koaksiyelleri, uca yerleştirilmiş topraklama kablosuna sahip bazı probların, koaksiyel konektörünün orta konumuna yapışabilmesi açısından iyi bir özelliğe sahiptir. topraklama kablosu ekranlama ile temas edecek veya yapılabilir. ancak bir prob ile en iyi sonuçlar için aktif olması gerekir ve sonra probun kendisi 3000 dolara mal olur: /

Fotodiyotlar ve transimpedans amplifikatörler ile tipik bir kurulum için (parametrelerinizi belirtmezsiniz) sadece birkaç mikroampere ve birkaç yüz bin transimpedans kazancına sahip olma probleminiz var. Opampın PD tarafına elemanlar yerleştirmek ve gerçekten de yakınlarda PCB izlerine sahip olmak hassasiyetinizi ve gürültülerinizi bozabilir. Lehim dirençli kaplama, örneğin sonsuz olmayan bir dirence sahiptir.

Bu nedenle, ADC'nin kazancını kontrol edebiliyorsanız ve çok iyi bir ADC devresi tasarladığınızı biliyorsanız (bu, örneğin ayrı SMA koaksiyel girişleri ile ayrı olarak test edebilirsiniz) bir prob değişimi olarak kullanabilirsiniz. yeterince yüksek. Bu iyi bir çözümdür ve daha pahalı kapsam ihtiyacını erteler (yine de bir ara ihtiyacınız varsa bunları kiralayabilirsiniz).

Stevenvh, gürültünün ölçülmesinin çok zor olabileceği konusunda doğru, ancak farklı bir bakış açısına dikkat çekmek istiyorum.

Gürültünün sizin için gerçekten önemli olduğu tek zaman okumalarınızı etkilediği zamandır. Bu, girişinizin bir ADC'sini alabileceğiniz, bir bilgisayara aktarabileceğiniz ve daha sonra biraz matematik yapabileceğiniz anlamına gelir. Ben tamamen projenizi hızlandırmak için değilim, ama sinyal almak ne olduğunu "bildiğini" varsayıyorum.

Sinyalin ortalama gücünü hesaplayarak bir SNR figürü bulup gürültünüzü almak için, bilinen sinyali ADC sinyalinizden çıkarın, ortaya çıkan gürültünün gücünü bulun ve ikisini bölün. Çoğu sistem bunu bir dB ölçeğine dönüştürme eğilimindedir. Bu, sistemin gürültünün hangi kısmından geldiği hakkında bir şey söylemez, ancak sisteminizin genel olarak ne kadar iyi çalışacağı hakkında bir fikriniz olmasını sağlar.