¿Cómo medir el ruido eléctrico?

Otra pregunta que hice sobre Power Supply Noise me empujó a hacer esta pregunta.

El fondo es el siguiente: Tengo un diseño con PD (fotodetector) y Opamp a frecuencia media (doscientos KHz). Estoy tratando de probar mi diseño cuando vuelva. Estoy mirando el ruido de la fuente de alimentación, el ruido de la fuente opamp y el ruido de salida opamp. Me di cuenta de que hay más que solo tocar la sonda. La gente habla de circuitos de alimentación, cables especiales, etc.

Giraré otro tablero en dos semanas y quería preguntarle, si está diseñando su tablero ahora, qué tipo de puntos de prueba o elementos coloca en su tablero para que pueda medir el ruido con precisión. Estamos hablando de señales de tipo <20mV.

Pregunta adicional: la salida del opamp está conectada a un ADC del procesador. ¿Podría simplemente ejecutar el ADC y trazar eso para obtener una comprensión más profunda del ruido en comparación con la conexión de mi alcance barato?

El ruido es difícil de medir, y la amplitud que ve en su alcance es solo una primera indicación del nivel.
¿Desea medir niveles de ruido absolutos, o simplemente comparativos? En el último caso, el alcance podría ser un buen instrumento, pero en los niveles dados, el alcance promedio de $ 500 tendrá tanto ruido en sí mismo que cualquier medición carecerá de sentido. Necesitas un alcance de alta calidad + sondas ídem para hacer esto.

La dificultad para medir el ruido es que tiene un espectro de energía continua de ancho de banda amplio (el espectro continuo dificulta la separación del ruido de la señal, los filtros de muesca pueden funcionar). Lo ideal es medir la energía del ruido a través de la conversión de RMS a CC . Esto no es para los débiles de corazón, ya que su convertidor de RMS a CC debe ser muy sensible debido a los bajos niveles y la banda ancha. ¡Y, por supuesto, sea silencioso! El nitrógeno líquido ayuda :-).
En cualquier caso, la relación señal / ruido absoluta no es tan fácil como leer amplitudes.

Por lo general, diseñas algunas partes en los primeros giros del tablero para ayudar a medir cosas como esta. Sea generoso con las huellas para las tapas de derivación y los filtros, y coloque, por ejemplo, contactos coaxiales SMA en lugares clave de la cadena de señal, pero póngalos con una resistencia SMD de 0 ohmios extraíble en la unión en T para que el trozo no tenga que afectar la cadena de señal si no se usa.

Para señales de baja frecuencia, puede conectar esto directamente al osciloscopio, pero los coaxiales SMA tienen una buena característica ya que algunas de las sondas con el cable a tierra incorporado en la punta se pueden pegar en la posición central del conector coaxial y el el cable de tierra puede o puede hacerse para tocar el blindaje ... tenga en cuenta que para obtener los mejores resultados con una sonda, debe estar activo, y luego la sonda misma costará 3000 dólares: /

Con los fotodiodos y los amplificadores de transimpedancia tiene el problema de que para una configuración típica (no especifica sus parámetros ...) solo tiene un par de microamperios y una ganancia de transimpedancia de varios cientos de miles. Insertar elementos en el lado PD del opamp y, de hecho, solo tener rastros de PCB en las proximidades podría alterar su precisión y niveles de ruido. El revestimiento resistente a la soldadura tiene una resistencia no infinita, por ejemplo.

Por lo tanto, si puede controlar la ganancia del ADC y sabe que ha diseñado un circuito ADC muy bueno (puede probarlo por separado, con entradas coaxiales SMA separadas, por ejemplo), puede usarlo como reemplazo de la sonda, sí, si la frecuencia de muestreo es lo suficientemente alto Esta es una buena solución y pospone la necesidad del alcance más costoso (sin embargo, puede alquilarlos si realmente lo necesita en algún momento).

Stevenvh tiene razón en que el ruido puede ser muy difícil de medir, pero me gustaría señalar un punto de vista diferente.

El único momento en que el ruido realmente te importa es cuando afecta tus lecturas. Esto significa que puede tomar un ADC de su entrada, pasarlo a una computadora y luego hacer algunos cálculos matemáticos. No estoy completamente al día con su proyecto, pero supongo que "sabe" cuál es su señal de que está recibiendo.

Puede obtener una cifra de SNR calculando la potencia promedio de su señal y luego para obtener su ruido, simplemente reste la señal conocida de su señal ADC, encuentre la potencia del ruido resultante y luego divida los dos. La mayoría de los sistemas tienden a convertir esto a una escala de dB. Esto no le dirá nada acerca de qué parte del sistema proviene el ruido, pero le permitirá tener una idea de qué tan bien funcionará su sistema en general.