Comment mesurer le bruit électrique?

Une autre question que j'ai posée sur le bruit de l'alimentation m'a poussé à poser cette question.

Le fond est le suivant: j'ai un design avec PD (photodétecteur) et Opamp à moyenne fréquence (quelques centaines de KHz). J'essaie de tester mon design à son retour. Je regarde le bruit d'alimentation, le bruit d'alimentation d'opamp et le bruit de sortie d'opamp. J'ai réalisé qu'il y avait plus que simplement toucher la sonde. Les gens parlent de boucles d'alimentation, de câbles spéciaux, etc.

Je ferai tourner une autre planche dans deux semaines et je voulais vous demander, si vous concevez votre planche maintenant, quel type de points de test ou d'éléments vous placez sur votre planche afin de pouvoir mesurer le bruit avec précision. Nous parlons de signaux de type <20mV.

Question bonus: la sortie de l'ampli-op est connectée à un ADC du processeur. Puis-je simplement exécuter l'ADC et tracer cela pour mieux comprendre le bruit par rapport à la connexion de mon oscilloscope bon marché?

Le bruit est difficile à mesurer, et l' amplitude que vous voyez sur votre oscilloscope n'est qu'une première indication du niveau.
Voulez-vous mesurer des niveaux de bruit absolus ou simplement comparatifs? Dans ce dernier cas, la portée pourrait être un bon instrument, mais à des niveaux donnés, la portée moyenne de 500 $ aura tellement de bruit que toute mesure devient en fait vide de sens. Pour ce faire, vous avez besoin d'un oscilloscope de haute qualité + sondes idem.

La difficulté de mesurer le bruit est qu'il a un spectre d'énergie continue à large bande passante (le spectre continu rend difficile la séparation du bruit du signal, les filtres coupe-bande peuvent fonctionner). Idéalement, vous mesurez l' énergie du bruit grâce à la conversion RMS-DC . Ce n'est pas pour les âmes sensibles, car votre convertisseur RMS-DC doit être très sensible en raison des faibles niveaux et de la large bande. Et bien sûr, être silencieux lui-même! L'azote liquide aide :-).
Dans tous les cas, le rapport signal / bruit absolu n'est pas aussi simple que la lecture des amplitudes.

En règle générale, vous concevez certaines parties sur les premiers tours de la planche pour aider à mesurer des trucs comme celui-ci. Soyez généreux avec les empreintes pour les bouchons de dérivation et les filtres, et placez par exemple des contacts coaxiaux SMA à des endroits clés de la chaîne de signal, mais placez-les avec une résistance SMD 0 ohm amovible à la jonction en T afin que le talon n'ait pas à affecter la chaîne de signal si non utilisée.

Pour les signaux à basse fréquence, vous pouvez le brancher directement à l'oscilloscope, mais les câbles coaxiaux SMA ont une bonne caractéristique en ce que certaines des sondes avec le fil de terre intégré dans la pointe peuvent être coincées dans la position centrale du connecteur coaxial et du le fil de terre sera ou peut être fait pour toucher le blindage.

Avec les photodiodes et les amplificateurs à transimpédance, vous avez le problème que pour une configuration typique (vous ne spécifiez pas vos paramètres ..) vous n'avez que quelques microampères et un gain de transimpédance de plusieurs centaines de milliers. L'insertion d'éléments sur le côté PD de l'ampli-op et, en fait, le simple fait d'avoir des traces de PCB à proximité peut perturber votre précision et vos niveaux de bruit. Le revêtement résistant à la soudure a une résistance non infinie par exemple.

Par conséquent, si vous pouvez contrôler le gain de l'ADC et que vous savez que vous avez conçu un très bon circuit ADC (vous pouvez le tester séparément, avec des entrées coaxiales SMA séparées par exemple), vous pouvez l'utiliser comme remplacement de sonde oui si la fréquence d'échantillonnage est assez haut. C'est une bonne solution et reporte le besoin d'une portée plus chère (vous pouvez cependant les louer si vous en avez vraiment besoin un jour).

Stevenvh a raison de dire que le bruit peut être très difficile à mesurer, mais je voudrais souligner un point de vue différent.

La seule fois où le bruit est vraiment important pour vous, c'est quand il affecte vos lectures. Cela signifie que vous pouvez simplement prendre un ADC de votre entrée, le transmettre à un ordinateur, puis faire quelques calculs dessus. Je ne suis pas entièrement au courant de votre projet, mais je suppose que vous "savez" quel est votre signal que vous recevez.

Vous pouvez trouver un chiffre SNR en calculant la puissance moyenne de votre signal, puis pour obtenir votre bruit, il suffit de soustraire le signal connu de votre signal ADC, de trouver la puissance du bruit résultant, puis de diviser les deux. La plupart des systèmes ont tendance à convertir cela en échelle dB. Cela ne vous dira rien sur la partie du système d'où provient le bruit, mais cela vous permettra d'avoir une idée de la façon dont votre système fonctionnera globalement.