Reducción del ruido del osciloscopio al medir el voltaje IC

Question

Estoy tratando de monitorear el voltaje de un IC. El voltaje del IC es de 3.3V y la frecuencia del reloj es de 24MHz.

Aquí hay algunos parámetros para el canal utilizado para medir el voltaje:

escala vertical a 50 mV/div, la compensación a 150 mV, y habilitar el BWL de 20MHz, La tasa de muestreo es de 2Gs/S 200ms.

Consigo algunas muestras. La forma se parece a la que espero cuando observo a ojo. Sin embargo, cuando uso mi computadora para procesar los datos (extraer cierta propiedad de la forma de onda), no obtuve lo que esperaba. Dudo que haya demasiado ruido en mi configuración. Quiero decir que la forma de onda se ve bien a simple vista, pero tengo algún problema cuando realizo el procesamiento preciso desde el ordenador.

¿Cómo puedo determinar cuánto ruido tengo? ¿Cuáles son las formas en que puedo tratar de reducir el ruido en este experimento?

Esta es la forma de onda del osciloscopio

Esta es la forma de onda capturada trazada desde mi ordenador.

Answer 1

Estos son algunos de los parámetros del canal utilizado para medir la tensión:

escala vertical a 50 mV/div, el offset a 150 mV, y activar 20MHz BWL La frecuencia de muestreo es de 2Gs/S 200ms.

No habilite el BWL de 20MHz - esto puede estar diciendo mentiras sobre lo que está viendo en el osciloscopio - los datos capturados pueden estar sin filtrar.

Answer 2

Por "procesar los datos" supongo que te refieres a volcar los puntos de datos recogidos por el osciloscopio a un CSV u otro formato de texto y luego analizarlos en un ordenador.

Para saber cuánto ruido tienes, debes calcular el Relación señal/ruido (SNR) :

$$SNR = \dfrac{\mu}{\sigma} = \dfrac{mean}{std. dev.}$$

Si estás procesando tus datos en un ordenador, programas como Excel o GNUPlot pueden calcular fácilmente la media y la desviación estándar por ti.

Del artículo de la Wikipedia (específico del procesamiento de imágenes, pero aplicable en general):

El criterio de Rose (llamado así por Albert Rose) establece que una SNR de al para poder distinguir las características de la imagen con un 100% de certeza. certeza. Una SNR inferior a 5 significa menos del 100% de certeza en identificar los detalles de la imagen.

Para reducir el ruido, puedes hacer un post-procesamiento de los datos, como promediar o filtrar. Esto es probablemente lo que hace tu osciloscopio antes de presentarte los datos en la pantalla. En algo como la serie DSO/MSO de Tektronics, hay varias funciones para cambiar la cantidad de post-procesamiento que hace antes de mostrar los datos en la pantalla.

Alternativamente (o además) puedes intentar acortar la tierra de tu sonda de osciloscopio. Vea el siguiente Q&A para una buena discusión con muchas imágenes sobre lo que necesita y cuáles son los resultados:

¿Cómo se llama este accesorio de sonda de osciloscopio de tipo elástico?

Answer 3

Para determinar cuánto ruido tienes en Vcc, haz una medición de popper y lee el Vpp. Suena sencillo, ¿verdad? Y quizás ya lo hayas hecho.

El mejor documento que conozco que describe cómo hacer esta medición es éste: http://www.electrical-integrity.com/Quietpower_files/Quietpower-21.pdf

En resumen: Utiliza un cable coaxial soldado directamente a tu placa. Conecte el coaxial de 50R a su osciloscopio ajustado a una impedancia de entrada de 50R. Seleccione el acoplamiento de CA. Un ancho de banda adecuado (mínimo 500 MHz). Y una persistencia infinita.

Si ha realizado la medición utilizando una sonda de alta impedancia con una larga "cola de cerdo" para la tierra, es posible que haya captado ruido adicional no relacionado con el ruido Vcc. En caso de duda, haz siempre la prueba nula: toca la punta de la sonda con el punto de tierra, de modo que tanto la punta como la tierra de la sonda toquen el mismo punto de la placa. Si no obtienes una línea plana, algo está siendo recogido por acoplamiento inductivo en el bucle formado por la sonda y el cable de tierra.

Siempre que tu medición se haga razonablemente bien, tu ruido es de unos 200mVpp (leídos desde el osciloscopio, por lo que el gráfico de tu ordenador muestra unos 100-algo que tienes que leer en el manual de tu equipo).

¿Cómo reducir el ruido? Bueno, si estás hablando de reducir el error en la medición, debes seguir las ideas anteriores. Si se trata de reducir el ruido en el propio Vcc, existen varias técnicas. Busca en diseño PDN para aprender mucho más sobre planos de potencia y condensadores de bypass.

Su siguiente pregunta puede ser: ¿200mVpp es demasiado? Bueno, como no sé qué partes estás usando, déjame ir por ejemplo. Supongamos que la hoja de datos de este dispositivo pide 3,3V +/-5% para la alimentación Vcc. Usted tiene +/-165mV como límite. Supongamos que tienes una precisión del 2% de tu regulador de CC. Y supongamos que tienes una caída de distribución del 0-1% en las conexiones entre el regulador y el dispositivo (cables, conectores, trazas, filtros, etc.). Eso deja un 2% para el ruido/agitación de CA o +/-66mV (132mVpp).

En este ejemplo tienes demasiado ruido - si tus mediciones están bien hechas.

¿He respondido a tus preguntas?