如何测量电噪声?

电器工程 噪音 测量
2022-01-25 21:42:03

我问的另一个关于电源噪声的问题促使我提出这个问题。

背景如下:我有一个中频(几百KHz)的PD(光电探测器)和运算放大器的设计。当它回来时,我正在尝试测试我的设计。我正在研究电源噪声、运算放大器电源噪声和运算放大器输出噪声。我意识到,它不仅仅是触摸探头。人们谈论电源回路,有特殊的电缆等。

我将在两周内旋转另一块电路板,我想问一下,如果您现在正在设计您的电路板,您在电路板上放置了什么类型的测试点或元件,以便您可以准确地测量噪声。我们谈论的是 <20mV 类型的信号。

额外问题:运算放大器的输出连接到处理器的 ADC。与连接廉价示波器相比,我可以简单地运行 ADC 并绘制它以更深入地了解噪声吗?

3个回答

噪声很难测量,您在示波器上看到的幅度只是电平的第一个指示
您想测量绝对噪音水平,还是只是比较?在后一种情况下,示波器可能是一个很好的仪器,但在给定的水平上,平均 500 美元的示波器本身就会有很大的噪音,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 + 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(连续谱使得很难将噪声从信号中分离出来,陷波滤波器可能会起作用)。理想情况下,您可以通过RMS 到 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 转换器必须非常敏感,因为它具有低电平和宽带。当然是低噪音本身!液氮有帮助:-)。 无论如何,绝对信噪比并不像读取幅度那么容易。

通常,您在电路板的第一次旋转时设计一些部件来帮助测量这样的东西。为旁路电容和滤波器留出足够大的空间,例如在信号链的关键位置放置 SMA 同轴触点,但在 T 结处放置一个可拆卸的 SMD 0 欧姆电阻器,这样短截线就不会影响如果不使用信号链。

对于低频信号,您可以将其直接连接到示波器,但 SMA 同轴电缆有一个很好的特点,即一些带有内置接地引线的探头可以插入同轴电缆连接器的中心位置,并且接地线将或可以接触屏蔽层。请注意,为了使用探针获得最佳效果,它需要处于活动状态,然后探针本身将花费 3000 美元:/

对于光电二极管和跨阻放大器,您会遇到一个问题,即对于典型设置(您没有指定参数......),您只有几微安和数十万的跨阻增益。在运算放大器的 PD 侧插入元件,实际上只是在附近放置 PCB 走线可能会破坏您的精度和噪声水平。例如,阻焊涂层具有非无限电阻。

因此,如果您可以控制 ADC 的增益并知道您设计了一个非常好的 ADC 电路(您可以单独测试,例如使用单独的 SMA 同轴电缆输入),您可以将其用作探头替代品,是的,如果采样率足够高。这是一个很好的解决方案,并且推迟了对更昂贵的范围的需求(如果你真的需要的话,你可以租用它们)。

Stevenvh 是正确的,噪音很难测量,但我想指出一个不同的观点。

噪音对您真正重要的唯一时间是它影响您的读数。这意味着您可以只获取输入的 ADC,将其传递给计算机,然后对其进行一些数学运算。我并不完全了解您的项目,但我假设您“知道”您正在接收的信号是什么。

您可以通过计算信号的平均功率来得出 SNR 数字,然后得到噪声,只需从 ADC 信号中减去已知信号,找到所得噪声的功率,然后将两者相除。大多数系统倾向于将其转换为 dB 标度。这不会告诉您噪音来自系统的哪个部分,但它可以让您了解系统的整体运行情况。