Come misurare il rumore elettrico?

Un'altra domanda che ho posto sul rumore dell'alimentatore mi ha spinto a porre questa domanda.

Lo sfondo è il seguente: ho un design con PD (fotorilevatore) e Opamp a media frequenza (duecento KHz). Sto provando a testare il mio design quando tornerà. Sto osservando il rumore dell'alimentazione, il rumore dell'alimentazione opamp e il rumore dell'uscita opamp. Ho capito, c'è di più oltre al semplice toccare la sonda. Le persone parlano di circuiti di alimentazione, di cavi speciali ecc.

Farò girare un'altra tavola tra due settimane e volevo chiederti, se stai progettando la tua tavola ora, che tipo di punti di prova o elementi posizioni sulla tua tavola in modo da poter misurare accuratamente il rumore. Stiamo parlando di segnali di tipo <20mV.

Domanda bonus: l'uscita dell'opamp è collegata a un ADC del processore. Potrei semplicemente eseguire l'ADC e tracciarlo per ottenere una comprensione più profonda del rumore rispetto al collegamento del mio ambito economico?

Il rumore è difficile da misurare e l' ampiezza che vedi sul tuo ambito è solo una prima indicazione del livello.
Vuoi misurare livelli di rumore assoluti o solo comparativi? In quest'ultimo caso, l'ambito potrebbe essere un buon strumento, ma a determinati livelli l'ambito medio di $ 500 avrà così tanto rumore stesso che qualsiasi misurazione diventa in effetti insignificante. Per fare ciò è necessario un ambito di alta qualità + sonde idem.

La difficoltà con la misurazione del rumore è che ha uno spettro di energia continuo ad ampia larghezza di banda (lo spettro continuo rende difficile separare il rumore dal segnale, i filtri notch potrebbero funzionare). Idealmente, si misura l' energia del rumore attraverso la conversione da RMS a CC . Questo non è per i deboli di cuore, poiché il tuo convertitore da RMS a CC deve essere molto sensibile a causa dei bassi livelli e della banda larga. E naturalmente sii silenzioso! L'azoto liquido aiuta :-).
In ogni caso, il rapporto segnale-rumore assoluto non è facile come l'ampiezza di lettura.

In genere si progettano alcune parti sui primi giri della scheda per aiutare a misurare cose come questa. Sii generoso con le impronte per i cappucci e i filtri di bypass e metti ad esempio i contatti coassiali SMA nei punti chiave della catena del segnale, ma inseriscili con una resistenza SMD 0-ohm rimovibile sulla giunzione a T in modo che lo stub non debba influenzare la catena del segnale se non utilizzata.

Per i segnali a bassa frequenza è possibile agganciarlo direttamente all'oscilloscopio, ma i coassiali SMA hanno una buona caratteristica in quanto alcune delle sonde con il cavo di massa incorporato nella punta possono essere bloccate nella posizione centrale del connettore coassiale e il il piombo a terra sarà o può essere fatto toccare la schermatura .. nota però che per ottenere i migliori risultati con una sonda deve essere attivo, e quindi la sonda stessa costerà 3000 dollari: /

Con i fotodiodi e gli amplificatori di transimpedenza hai il problema che per una configurazione tipica (non specifichi i tuoi parametri ..) hai solo un paio di microampere e un guadagno di transimpedenza di diverse centinaia di migliaia. L'inserimento di elementi sul lato PD dell'opamp e la presenza di tracce PCB nei dintorni potrebbero compromettere la precisione e il rumore. Il rivestimento resistente alla saldatura ha ad esempio una resistenza non infinita.

Pertanto, se è possibile controllare il guadagno dell'ADC e sapere di aver progettato un ottimo circuito ADC (questo è possibile testare separatamente, ad esempio con ingressi coassiali SMA separati), è possibile utilizzarlo come sostituzione della sonda sì se la frequenza di campionamento è abbastanza alto. Questa è una buona soluzione e rinvia la necessità di un ambito più costoso (puoi noleggiarli se ne hai davvero bisogno in qualche momento).

Stevenvh ha ragione sul fatto che il rumore può essere molto difficile da misurare, ma vorrei sottolineare un diverso punto di vista.

L'unica volta che il rumore conta davvero per te è quando influenza le tue letture. Ciò significa che puoi semplicemente prendere un ADC del tuo input, passarlo a un computer e poi fare un po 'di matematica su di esso. Non sono del tutto pronto per il tuo progetto, ma presumo che tu "sappia" qual è il tuo segnale che stai ricevendo.

È possibile elaborare un valore SNR calcolando la potenza media del segnale e quindi per ottenere il rumore, sottraendo il segnale noto dal segnale ADC, trovare la potenza del rumore risultante e quindi dividere i due. La maggior parte dei sistemi tende a convertirlo in una scala dB. Questo non ti dirà nulla sulla parte del sistema da cui proviene il rumore, ma ti permetterà di avere un'idea di come funzionerà complessivamente il tuo sistema.