Jak mierzyć szum elektryczny?

Kolejne pytanie, które zadałem na temat szumu zasilacza, zmusiło mnie do zadania tego pytania.

Tło jest następujące: Mam konstrukcję z PD (Photodetector) i Opamp na średniej częstotliwości (kilkaset KHz). Próbuję przetestować mój projekt, kiedy wróci. Patrzę na szum zasilacza, hałas zasilacza i szum wyjściowy opampa. Uświadomiłem sobie, że jest w tym coś więcej niż tylko dotykanie sondy. Ludzie mówią o pętlach zasilania, specjalnych kablach itp.

Obrócę kolejną deskę za dwa tygodnie i chciałem zapytać, czy projektujesz teraz swoją tablicę, jaki rodzaj punktów testowych lub elementów umieszczasz na swojej planszy, abyś mógł dokładnie zmierzyć hałas. Mówimy o sygnałach typu <20mV.

Pytanie dodatkowe: Wyjście opampa jest podłączone do ADC procesora. Czy mogę po prostu uruchomić ADC i wykreślić, aby uzyskać głębsze zrozumienie hałasu w porównaniu do podłączenia mojego taniego lunety?

Hałas jest trudny do zmierzenia, a amplituda widoczna na lunecie jest tylko pierwszym wskaźnikiem poziomu.
Czy chcesz zmierzyć bezwzględny poziom hałasu, czy po prostu porównawczy? W tym drugim przypadku zakres może być dobrym instrumentem, ale na danych poziomach średni zakres 500 USD będzie sam powodował tyle hałasu, że każdy pomiar stanie się bez znaczenia. Aby to zrobić, potrzebujesz wysokiej jakości lunety + sond ditto.

Trudność pomiaru szumu polega na tym, że ma on szerokie pasmo ciągłego widma energii (ciągłe widmo utrudnia oddzielenie szumu od sygnału, filtry wycinające mogą działać). Idealnie mierzysz energię szumu poprzez konwersję RMS na DC . Nie dotyczy to osób o słabych nerwach, ponieważ konwerter RMS na DC musi być bardzo czuły ze względu na niskie poziomy i szerokopasmowy. I oczywiście sam w sobie jest cichy! Ciekły azot pomaga :-).
W każdym razie bezwzględny stosunek sygnału do szumu nie jest tak łatwy jak amplitudy odczytu.

Zazwyczaj projektujesz niektóre części na pierwszych obrotach planszy, aby pomóc mierzyć takie rzeczy. Bądź hojny, jeśli chodzi o odciski stóp dla zaślepek i filtrów, i umieść na przykład styki koncentryczne SMA w kluczowych miejscach łańcucha sygnału, ale umieść je z wyjmowanym rezystorem 0-om SMD na złączu T, aby końcówka nie musiała wpływać łańcuch sygnałowy, jeśli nie jest używany.

W przypadku sygnałów o niskiej częstotliwości można podłączyć to bezpośrednio do lunety, ale koncentryczne SMA mają dobrą cechę polegającą na tym, że niektóre sondy z przewodem uziemiającym wbudowanym w końcówkę można utknąć w środkowej pozycji złącza koncentrycznego i przewód uziemiający będzie lub może być wykonany w taki sposób, aby dotykał ekranu. Należy jednak pamiętać, że aby uzyskać najlepsze wyniki z sondą, musi ona być aktywna, a wtedy sama sonda będzie kosztować 3000 dolarów: /

W przypadku fotodiod i wzmacniaczy transimpedancyjnych masz problem polegający na tym, że dla typowej konfiguracji (nie określasz parametrów ..) masz tylko kilka mikroamperów i zysk transimpedancji wynoszący kilkaset tysięcy. Wstawianie elementów po stronie PD opampa, a nawet obecność śladów PCB w pobliżu, może zakłócać twoją precyzję i poziom hałasu. Powłoka odporna na lutowanie ma na przykład nieskończoną odporność.

Dlatego jeśli możesz kontrolować wzmocnienie ADC i wiesz, że zaprojektowałeś bardzo dobry obwód ADC (który możesz przetestować osobno, na przykład z osobnymi wejściami koncentrycznymi SMA), możesz użyć tego jako zamiennika sondy tak, jeśli częstotliwość próbkowania jest wystarczająco wysoki. Jest to dobre rozwiązanie i odsuwa potrzebę droższego lunety (możesz je wypożyczyć, jeśli naprawdę kiedyś tego potrzebujesz).

Stevenvh ma rację, że hałas może być bardzo trudny do zmierzenia, ale chciałbym zwrócić uwagę na inny punkt widzenia.

Jedyny moment, w którym hałas naprawdę ma dla ciebie znaczenie, ma wpływ na twoje odczyty. Oznacza to, że możesz po prostu wziąć ADC swoich danych wejściowych, przekazać je komputerowi, a następnie wykonać na nim matematykę. Nie jestem do końca gotowa na twój projekt, ale zakładam, że „wiesz”, jaki jest twój sygnał, że otrzymujesz.

Możesz wymyślić wartość SNR, obliczając średnią moc swojego sygnału, a następnie, aby uzyskać szum, po prostu odejmij znany sygnał od sygnału ADC, znajdź moc powstałego szumu, a następnie podziel dwa. Większość systemów ma tendencję do przekształcania tego na skalę dB. Nie powie ci to nic o tym, z której części systemu pochodzi hałas, ale pozwoli ci zorientować się, jak dobrze twój system będzie działał ogólnie.