Como medir o ruído elétrico?

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Outra pergunta que fiz sobre o ruído da fonte de alimentação me levou a fazer essa pergunta.

O plano de fundo é o seguinte: Eu tenho um design com PD (Photodetector) e Opamp em frequência média (algumas centenas de KHz). Estou tentando testar meu design quando ele voltar. Eu estou olhando para o ruído da fonte de alimentação, o ruído da fonte opamp e o ruído da saída opamp. Eu percebi, há mais do que apenas tocar a sonda. As pessoas falam sobre loops de energia, cabos especiais etc.

Girarei outro quadro em duas semanas e gostaria de perguntar, se você está projetando seu quadro agora, que tipo de pontos de teste ou elementos você coloca em seu quadro para poder medir o ruído com precisão. Estamos falando de sinais do tipo <20mV.

Pergunta bônus: A saída do opamp está conectada a um ADC do processador. Eu poderia simplesmente executar o ADC e traçar isso para obter uma compreensão mais profunda do ruído em comparação à conexão do meu osciloscópio barato?

Frank
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Respostas:

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É difícil medir o ruído, e a amplitude que você vê no seu escopo é apenas uma primeira indicação do nível.
Deseja medir níveis de ruído absolutos ou apenas comparativos? No último caso, o escopo pode ser um bom instrumento, mas, nos níveis determinados, o escopo médio de US $ 500 terá tanto ruído que qualquer medição se torna sem sentido. Você precisa de um escopo de alta qualidade + idas para fazer isso.

A dificuldade em medir o ruído é que ele possui um amplo espectro de energia contínuo de largura de banda (o espectro contínuo dificulta a separação do ruído do sinal, os filtros de entalhe podem funcionar). Idealmente, você mede a energia do ruído através da conversão de RMS em CC . Isso não é para os fracos de coração, pois o conversor RMS para DC deve ser muito sensível devido aos baixos níveis e banda larga. E, claro, seja de baixo nível de ruído! Nitrogênio líquido ajuda :-).
De qualquer forma, a relação sinal / ruído absoluta não é tão fácil quanto as amplitudes de leitura.

stevenvh
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Obrigado pela resposta, eu me preocupo com o ruído relativo no momento. A questão para mim é simplesmente a qualidade do meu design, é bom ou não. No entanto, o que estou procurando são maneiras de medir esse ruído sem um escopo de 10K. Tenho certeza de que existem truques para fazer isso acontecer, simplesmente não os conheço. Por exemplo, ouvi falar de pontos de teste que você pode tocar com uma sonda que tenha o terra e o sinal juntos e evitar loop de aterramento ... ou outras coisas semelhantes. Infelizmente, não posso investir neste escopo de nitrogênio líquido e 10K agora ..
Frank
@Stevenvh, acho que isso pode ser feito em muitos circuitos homebrew acessíveis, pois a qualidade e o design da placa melhoram a medição do ruído se torna mais difícil. Se a sua placa for muito barulhenta, você poderá medir de forma barata, se a sinalização for muito clara, ainda haverá ruído, mas para a fermentação em casa, isso normalmente é ideal. Custo para medir, alto!
Kortuk
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Normalmente, você projeta algumas peças nas primeiras rotações do quadro para ajudar a medir coisas como essa. Seja generoso com pegadas para tampas e filtros de derivação e coloque, por exemplo, contatos coaxiais da SMA em locais-chave da cadeia de sinal, mas coloque-os com um resistor SMD de 0 ohm removível na junção T para que o esboço não precise afetar a cadeia de sinal se não for usada.

Para sinais de baixa frequência, você pode conectá-lo diretamente ao osciloscópio, mas os cabos coaxiais SMA têm uma boa característica, pois algumas das pontas de prova com o fio terra incorporado na ponta podem ser presas na posição central do conector coaxial e no cabo coaxial. o chumbo de aterramento pode ou pode ser feito para tocar na blindagem. observe que, para obter melhores resultados com uma sonda, ela precisa estar ativa e, em seguida, a própria sonda custará 3000 dólares: /

Com fotodiodos e amplificadores de transimpedância, você tem o problema de que, para uma configuração típica (você não especifica seus parâmetros ..), você possui apenas alguns microampes e um ganho de transimpedância de várias centenas de milhares. Inserir elementos no lado do PD do opamp e, na verdade, ter apenas traços de PCB nas proximidades pode atrapalhar sua precisão e níveis de ruído. O revestimento de resistência à solda tem uma resistência não infinita, por exemplo.

Portanto, se você pode controlar o ganho do ADC e saber que projetou um circuito ADC muito bom (isso pode ser testado separadamente, com entradas coaxiais SMA separadas, por exemplo), você pode usá-lo como um substituto da sonda sim, se a taxa de amostragem é alto o suficiente. Essa é uma boa solução e adia a necessidade do escopo mais caro (você pode alugá-los se realmente precisar dele em algum momento).

Bjorn Wesen
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Adoro a idéia de "colocá-los com um resistor SMD de 0 ohm removível na junção T para que o esboço não precise afetar a cadeia de sinal se não for usado". Eu tenho um conselho no qual estou trabalhando no qual provavelmente farei isso.
Kellenjb
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Stevenvh está certo de que o ruído pode ser muito difícil de medir, mas eu gostaria de destacar um ponto de vista diferente.

O único momento em que esse ruído realmente importa para você é quando afeta suas leituras. Isso significa que você pode simplesmente pegar um ADC da sua entrada, passá-lo para um computador e depois fazer algumas contas nele. Não estou totalmente a par do seu projeto, mas presumo que você "saiba" qual é o seu sinal de que está recebendo.

Você pode criar uma figura SNR calculando a potência média do seu sinal e, para obter seu ruído, subtraia o sinal conhecido do seu sinal ADC, encontre a potência do ruído resultante e divida os dois. A maioria dos sistemas tende a converter isso em uma escala de dB. Isso não diz nada sobre de que parte do sistema o ruído vem, mas permitirá que você tenha uma idéia de como o sistema funcionará de maneira geral.

Kellenjb
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