如何测量电气噪声?


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我问了另一个有关电源噪声的问题,这促使我提出了这个问题。

背景如下:我有一个带有PD(光电探测器)和Opamp的中频(耦合频率为几百KHz)的设计。我想重新设计时测试我的设计。我正在查看电源噪声,运算放大器电源噪声和运算放大器输出噪声。我意识到,除了触摸探针之外,还有更多其他功能。人们谈论电源回路,使用特殊电缆等。

我将在两周后旋转另一个电路板,我想问一下,如果您现在正在设计电路板,请在电路板上放置什么类型的测试点或元件,以便可以准确地测量噪声。我们正在谈论<20mV类型的信号。

额外的问题:运算放大器的输出连接到处理器的ADC。我可以简单地运行ADC并进行绘图以与连接廉价示波器相比来更深入地了解噪声吗?

Answers:


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噪声很难测量,您在示波器上看到的振幅只是该电平的第一个指示
您要测量绝对噪声水平,还是只是比较?在后一种情况下,示波器可能是一个很好的工具,但在给定的水平下,平均$ 500示波器本身会具有很大的噪声,以至于任何测量实际上都变得毫无意义。您需要高质量的示波器和同上探头才能做到这一点。

测量噪声的困难在于它具有宽带宽的连续能量谱(连续谱使很难将噪声与信号分离,陷波滤波器可能会起作用)。理想情况下,您可以通过RMS-DC转换来测量噪声能量。这不适合胆小的人,因为您的RMS-to-DC转换器由于低电平和宽带而必须非常敏感。当然要低噪声!液氮有帮助:-)。 无论如何,绝对信噪比不如读取幅度容易。


感谢您的回答,我现在关心的是相对噪音。对我来说,问题仅仅是设计的质量,好坏。但是,我正在寻找的是在没有10K示波器的情况下测量此噪声的方法。我很确定有一些技巧可以做到这一点,但我只是不知道。例如,我听说过的测试点,你可以与具有地面和信号一起探针碰你避免接地回路..或其他类似的东西。我很遗憾不能为液氮和10K范围的投资现在..
弗兰克

@Stevenvh,我认为这可以在许多负担得起的自制电路中完成,因为电路板的质量和设计改善了测量噪声变得越来越困难。如果您的板子非常吵,则可以便宜地测量,如果它的信号很原始,仍然有噪音,但是对于自家酿制来说,这通常是理想的。成本衡量,很高!
Kortuk

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通常,您需要在电路板的第一个旋转部分设计一些零件,以帮助测量类似的东西。请为旁路帽和滤波器留出足够的空间,并在信号链中的关键位置放置例如SMA同轴触点,但在T结处使用可移动的SMD 0欧姆电阻器来放置它们,因此存根不必受影响信号链(如果不使用)。

对于低频信号,您可以将其直接连接到示波器,但是SMA同轴电缆具有一个很好的功能,即某些内置有接地引线的探头可以插入同轴电缆连接器的中心位置,并且地线将或可以使之接触屏蔽层。.请注意,为使探头达到最佳效果,必须将其激活,然后探头本身将耗资3000美元:/

对于光电二极管和跨阻放大器,您会遇到这样的问题:对于典型的设置(您未指定参数..),您只有几个微安,数十万的跨阻增益。在运算放大器的PD侧插入元件,实际上在附近只有PCB走线可能会干扰您的精度和噪声水平。阻焊涂层例如具有非无限电阻。

因此,如果您可以控制ADC的增益并且知道您已经设计了一个非常好的ADC电路(例如,可以单独进行测试,并使用单独的SMA同轴输入),则可以将其用作探头替代品,如果采样率高足够高。这是一个很好的解决方案,并推迟了对更昂贵示波器的需求(不过如果确实需要,可以租用这些)。


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我喜欢“在T型结处给他们一个可移动的SMD 0欧姆电阻,这样即使不使用,存根也不必影响信号链”的想法。我有一个目前正在工作的董事会,我可能会这样做。
Kellenjb 2011年

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史蒂文夫(Stevenvh)是正确的,因为噪声很难测量,但我想指出另一种观点。

噪音真正影响您的唯一时间是它会影响您的读数。这意味着您可以对输入进行ADC,然后将其传递给计算机,然后对它进行一些数学运算。我并没有完全加快您的项目速度,但我假设您“知道”您收到的信号是什么。

通过计算信号的平均功率,然后得到噪声,只需从ADC信号中减去已知信号,找到产生的噪声的功率,然后将其除以即可得出SNR值。大多数系统倾向于将其转换为dB级。这不会告诉您噪声来自系统的哪个部分,但是可以让您对系统的整体运行状况有所了解。

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