Как измерить электрический шум?

Другой вопрос, который я задал о шуме источника питания, заставил меня задать этот вопрос.

Фон выглядит следующим образом: у меня есть дизайн с PD (фотоприемник) и Opamp на средней частоте (пара сотен кГц). Я пытаюсь проверить свой дизайн, когда он вернется. Я смотрю на шум блока питания, шум блока питания и уровень шума на выходе. Я понял, что это нечто большее, чем просто прикоснуться к зонду. Люди говорят о силовых контурах, специальных кабелях и т. Д.

Через две недели я раскручиваю другую доску, и я хотел бы спросить, если вы сейчас проектируете свою доску, какие контрольные точки или элементы вы размещаете на своей доске, чтобы вы могли точно измерить шум. Мы говорим о сигналах типа <20 мВ.

Дополнительный вопрос: выход операционного усилителя подключен к АЦП процессора. Могу ли я просто запустить АЦП и построить его, чтобы получить более глубокое понимание шума по сравнению с подключением моего дешевого прицела?

Шум трудно измерить, и амплитуда, которую вы видите на своем прицеле, является лишь первым показателем уровня.
Вы хотите измерить абсолютный уровень шума или просто сравнительный? В последнем случае прицел может быть хорошим инструментом, но на данных уровнях средний прицел в 500 долларов будет иметь столько шума, что любое измерение фактически становится бессмысленным. Для этого вам нужен высококачественный прицел + то же самое.

Трудность с измерением шума состоит в том, что он имеет непрерывный энергетический спектр с широкой полосой пропускания (непрерывный спектр затрудняет отделение шума от сигнала, могут работать режекторные фильтры). В идеале вы измеряете энергию шума путем преобразования RMS в DC . Это не для слабонервных, так как ваш преобразователь RMS в DC должен быть очень чувствительным из-за низких уровней и широкополосного. И, конечно же, будьте тихими! Жидкий азот помогает :-).
В любом случае, абсолютное отношение сигнал / шум не так просто, как считывание амплитуд.

Как правило, вы проектируете некоторые части на первых вращениях доски, чтобы помочь измерить подобные вещи. Будьте щедрыми в отношении посадочных мест для байпасных колпачков и фильтров и размещайте, например, коаксиальные контакты SMA в ключевых местах сигнальной цепи, но размещайте их со съемным резистором SMD 0 Ом на Т-образном соединении, чтобы заглушка не влияла сигнальная цепь, если не используется.

Для низкочастотных сигналов вы можете подключить это непосредственно к прицелу, но коаксиальные кабели SMA имеют хорошую особенность в том, что некоторые из зондов с заземляющим выводом, встроенным в наконечник, могут быть вставлены в центральное положение коаксиального разъема и провод заземления будет или может быть сделан для прикосновения к экранированию. Обратите внимание, что для достижения наилучших результатов с зондом он должен быть активным, и тогда сам зонд будет стоить 3000 долларов: /

С фотодиодами и трансимпедансными усилителями у вас есть проблема в том, что для типовой установки (вы не указываете свои параметры ...) у вас есть только пара микроампер и усиление трансимпеданса в несколько сотен тысяч. Вставка элементов на стороне PD операционного усилителя и даже наличие следов печатной платы в непосредственной близости может нарушить вашу точность и уровень шума. Например, стойкое к пайке покрытие имеет бесконечное сопротивление.

Поэтому, если вы можете контролировать усиление АЦП и знаете, что вы разработали очень хорошую схему АЦП (это можно проверить отдельно, например, с отдельными коаксиальными входами SMA), вы можете использовать это в качестве замены датчика да, если частота дискретизации достаточно высок. Это хорошее решение, которое откладывает необходимость в более дорогой области (хотя вы можете арендовать ее, если она вам действительно когда-нибудь понадобится).

Стивенвх прав, что шум может быть очень трудно измерить, но я хотел бы указать на другую точку зрения.

Единственный раз, когда шум действительно имеет значение для вас, это когда он влияет на ваши показания. Это означает, что вы можете просто взять АЦП с вашего входа, передать его на компьютер, а затем выполнить некоторые математические расчеты. Я не совсем в курсе вашего проекта, но я предполагаю, что вы «знаете», какой сигнал вы получаете.

Вы можете придумать показатель SNR, рассчитав среднюю мощность вашего сигнала, а затем, чтобы получить шум, просто вычтите известный сигнал из вашего сигнала АЦП, найдите мощность результирующего шума и затем разделите их. Большинство систем имеют тенденцию преобразовывать это в масштаб дБ. Это не скажет вам ничего о том, из какой части системы исходит шум, но позволит вам понять, насколько хорошо ваша система будет функционировать в целом.