Inferir el funcionamiento de la C.C. de una figuras de piso de ruido Sigma Delta ADC hoja de datos

Question

Así que me he ido a jugar con algunos de Sigma Delta Adc, para el muestreo de baja frecuencia (<2 khz) AC señales.

El ADC admite una entrada diferencial con un valor completo de la escala de alrededor de +-500mV en sus entradas. He construido un diseño de referencia que consiste en una atenuación de entrada de la red que me toma de la tensión de entrada, la divide por un factor de alrededor de 1000 que aparece a continuación, a través de la ADCs entradas; también tengo un filtro anti aliasing etc.

A jugar con ella, me decidí a medir unos voltajes DC mucho menos que lo habitual total de la escala de entrada de CA (220 v RMS) iba a usar normalmente. Lo que he notado es que hay algo de ruido inherente de la ADCs salidas. Por ejemplo, para una entrada de 30v DC verificadas a ser estable, veo sobre 80mV ruido (al azar, +- variaciones en las lecturas. El ruido parece fundamentales de alrededor de 100-200 hz.

Creo entender conceptos tales como ruido de fondo, el ruido de cuantificación, de los spurs, etc, así que quería ver si me podrías explicar esto, así que me dirigí a las hojas de datos de las cifras de rendimiento para el ADC y me encontré con esto:

Creo que esto explica mis observaciones; puedo ver un espolón sobre 80dB abajo de la entrada de referencia, alrededor de la frecuencia de ruido que he observado.

Además, he hecho unos cálculos:

500mV es el total de la escala de nivel de referencia se muestra en el gráfico, por lo que el espolón que es de 80dB hacia abajo, representa 50uV la pena de ruido en los ADCs de entrada. Como tengo una atenuación de la red de alrededor de 1000, que se traduce en un valor equivalente de alrededor de 50uV * 1000 = 50mV la pena de ruido en mi entrada de voltaje. Esto está cerca de la 80mV figura de ruido he observado.

Mi pregunta es: Es un análisis válido y podría explicar mis observaciones?

PS: Esta pregunta es un poco complicada de explicar, por favor comente para obtener información adicional

EDIT 1: Aquí es el ADC que estoy hablando: de hoja de datos

Answer 1

Usted, sin duda, han empezado a buscar en los lugares correctos, y son decisiones sensatas observaciones, pero el mundo de la interpretting ADC especificaciones y desempeño en el mundo real requiere algo de experiencia.

Busca en la hoja de datos FFT presentado, el 80dBc spur es claramente un armónico de la 50Hz fundamental que está siendo medido. Es en la frecuencia correcta y fuera del piso de ruido. Este no estará presente cuando la medición de la CC.

Más relevante es el piso de ruido, que se muestra en un nivel de alrededor de -100dBc, pero esto requiere un manejo cuidadoso. El -100 es la cantidad de energía en cada bin FFT, sin embargo, como no estamos dijo a la longitud de la FFT o (equivalente) de su ruido de ancho de banda, que sentido. Lo que sí tenemos es el resumen de cifras en la parte superior derecha de la gráfica, lo que le da la SNR (relación señal a ruido) como sobre -74dBc. Esto significa que el total integrado de ruido a través de la DC a 4 khz de ancho de banda, excepto que 100Hz espolón, es 74dB por debajo de la escala completa fundamental de energía. Eso es el doble de la tensión rms de una 80dBc de la señal.

Si bien es relativamente fácil estimar el voltaje de una señal de estímulo, es repetitivo, un claro pico a pico, e independiente de ancho de banda, el mismo no es cierto de ruido.

Su observación acerca de 80mV ruido es difícil de utilizar, por dos razones. La primera, la de pico a pico de ruido está mal definido, y rms de ruido es difícil de estimar por los ojos. La segunda, ¿cuál es el ancho de banda del ruido? Este aún más difícil de estimar. Mientras que un estímulo es independiente del ancho de banda, la potencia de ruido tiene un " por el ancho de banda de la densidad.

Si asumimos que usted está buscando en un gráfico completo de la 8ks/s lecturas, o algunos de los puntos seleccionados a partir de ellos, entonces el ancho de banda efectivo es el total de 4kHz, y tendría que esperar a ver el completo 74dB de potencia de ruido. Si un promedio de los que está sucediendo, de manera explícita o implcitly, luego menos.

En el contexto de su escala, un -74dBc figura de ruido sería voltaje rms de alrededor de 100 mv.

La práctica habitual de DC observaciones es hacer un promedio de los puntos de lectura. Esto reduce el ruido de ancho de banda, lo que reduce la potencia de ruido. Se dice a menudo que el promedio de 2 lecturas en conjunto da una mejora de 3 db de SNR. Esto es cierto mientras el ruido de fondo es plano.

Echa un vistazo de cerca en el piso de ruido en la FFT en el rango por debajo de 200 hz. El piso de ruido comienza a subir hacia la DC. Esto es común entre todos los tipos de semiconductores. Lo que esto significa es que una vez que el filtrado se ha excluido todo el piso de ruido por encima de 200 hz, que se ve menos mejora a medida que se reduzca el ancho de banda adicional. El efecto que se puede ver, se puede interpretar como el ruido 1/f, o en escalas de tiempo más largos, a la deriva, en lugar de ruido agregado.

Los usuarios y los fabricantes de bajo nivel de ruido opamps destinadas a DC de precisión de las aplicaciones tienen un tiempo duro interpretting ruido y la deriva de sus productos, a menudo mostrando dominio del tiempo, gráficos de filtrado para un 0,1 Hz a 10 hz de ancho de banda. Encontrar y leer un par de hojas de datos para este tipo de producto si usted está interesado.

Answer 2

Yo prefiero mirar un poco diferente, aunque, al final, de un modo equivalente. Todos los ADC tiene una resolución en bits. El número de me gusta trabajar con es ENOB, o número efectivo de bits. Todos los ADC pierde efectivo de bits, en el ideal, debido a la cuantización, y luego hay pérdidas de bits por encima y más allá de que para el ruido.

Los Dispositivos analógicos tiene un gran documento sobre esto: http://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-003.pdf

Es fácil ir y venir entre SINAD y ENOB, de manera que usted tiene esta enterrado un poco en su hoja de datos.

Esto puede ser bastante complicado para los de Sigma Delta del porque de la forma de ruido, y por lo tanto que me gusta realmente de tratamiento detallado en una hoja de datos. En cierta medida, se puede pensar de Sigma Delta como sobremuestreo y promedio, así ENOB y la frecuencia de muestreo están relacionados. Echa un vistazo a la hoja de datos para el ADS1263 de 32 bits Sigma Delta ADC de TI, prestando especial atención a la tabla 1, que le da ENOB para todas las frecuencias de muestreo, todos los filtros internos que se pueden aplicar, y todos los problemas que rodean a la interna del amplificador de ganancia programable. Cuando usted tiene una especificación como la que, a continuación, puede

1. Mirar la hoja de datos para determinar si las especificaciones satisfacer sus necesidades de una manera directa, y

2. cuantificar su propio ruido después de la implementación, averiguar cómo cuántos bits se cubre, mira a tu ruido del presupuesto en términos de pasivos y la amplificación, y averiguar si usted está regalando bits de resolución por encima y más allá de las especificaciones.

Usted puede, por supuesto, lograr esto con el ANUNCIO de la hoja de datos, pero me gustaría ver que todos los establecidos en negro y blanco.