Текущий шум как спектральная плотность от заданного среднеквадратичного шума

Question

Текущий шум как спектральная плотность от заданного среднеквадратичного шума

шум
Физика
спектральная плотность шума

Ириней

Я хочу знать текущую спектральную плотность источника тока Keithley 6221.

В таблице выше приведены значения в среднеквадратичных значениях для данной полосы пропускания от $10~\text{Hz} - \text{BW}$ , четко не указав пропускную способность $\text {BW}$ . Я не совсем уверен, что означает полоса пропускания выходного отклика (BW) в Short , но исходя из $\text {BW}$ в скобках я использовал его как пропускную способность. В первом приближении среднеквадратичное значение можно рассчитать по спектральной плотности $\text {SD}$ к

{Икс}_{р М С} "=" С Д \cdot \sqrt{ЧБ} \cdot \sqrt{ENBW} (1)

$X_{RMS}=SD\cdot\sqrt{\text{BW}}\cdot\sqrt{\text{ENBW}}~~~~~~~~~~~(1)$ с эквивалентной полосой шума

ENBW

$\text {ENBW}$ (прямоугольная аппроксимация действительна для широких полос пропускания). Предполагая приведенные выше значения для диапазона 100 мА, это дает

\frac{20 е^{- 6} А_{среднеквадратичное значение}}{\sqrt{1 е^{6} Гц} \sqrt{ENBW}} "=" 20 \frac{нА}{\sqrt{Гц}}, (2)

$\frac{20e^{-6}\text{A}_{\text{RMS}}}{\sqrt{1e^6~\text{Hz}}\sqrt{\text{ENBW}}}=20\frac{\text{nA}}{\sqrt{\text{Hz}}},~~~~~~~~~~~(2)$ что мне кажется много. Обратите внимание, что

ENBW

$\text{ENBW}$ любое значение от 1 (кирпичный фильтр) до 1,57 (1 полюс) существенно не меняет результат и поэтому им можно пренебречь.

Это правильный способ определения спектральной плотности?

Я прочитал ветку Определение спектральной плотности шума , в которой говорится, что спектральная плотность не может быть рассчитана из-за отсутствия информации. Если пропускная способность, которую я использовал, верна, это не так.

Побочная информация: я питаю индуктивность 3 Ом источником тока и могу измерить плотность напряжения на индуктивности с помощью анализатора спектра. Я хотел бы получить расчет и измерение в соответствии. Шум напряжения можно рассчитать по шуму тока и сопротивлению, если шум тока известен.

Ответы (3)

Текущий шум как спектральная плотность от заданного среднеквадратичного шума

Спехро Пефхани · Answer 1

Спектральная плотность — это функция. У вас есть общая интегрированная полоса пропускания (указанная как «типичная», поэтому в любом случае она ненадежна).

Недостаточно информации, чтобы определить функцию PSD по одному числу. Например, вот типичный шум реального операционного усилителя, показывающий PSD (верхний, показывающий неприятный пик, спрятан глубоко в таблице данных, нижний — это то, что они показывают на первой странице).

Вы можете видеть 1/f-шум на нижнем графике, белый шум и избыточный шум, вызванный конструкцией схемы, которая вызывает пик на частоте ~ 400 кГц.

В случае вашего источника тока также может быть значительный дробовой шум при малых токах.

В приведенном выше техническом описании приведены среднеквадратичные значения, одно для диапазона от 0,1 Гц до 10 Гц и одно для диапазона от 10 Гц до $BW$ . Я предполагаю, что причина в том, что более низкие значения должны каким-то образом отображать компонент 1/f, хотя и очень неопределенный. Делаю вывод, что значения из таблицы совершенно бесполезны с точки зрения шума, мой расчет верен только для белого шума и что, как обычно, нужно измерять устройство самому.

Чарли · Answer 2

С моей точки зрения, расчет $20~\mathrm{nA}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$ в исходном вопросе вычисляются правильно как первая оценка. Некоторое время назад я косвенно измерил текущий шум источника тока Keithley 6221, измерив результирующий шум напряжения при известном импедансе при токе 100 мА. Это привело к значению $5~\mathrm{nA}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$ между 50 Гц и 4 кГц:

Обратите внимание, что используемый анализатор БПФ (SR785) преобладает в измеренном уровне шума ниже 50 Гц (черная кривая). Полную статью с более подробной информацией об этом измерении можно найти здесь: https://arxiv.org/abs/2006.08515 .

аналоговые системы рф · Answer 3

Какой ток шума вы получите от резистора 10 МОм в полосе пропускания 1 МГц?

1кОм это 4 наноВ/ртГц

100 кОм это 40 нановольт/rtHz

10 МОм это 400 наноВольт/Гц

Текущая плотность шума составляет 400 наноВольт/10 МОм = 400 e-9/1e+7 = 400 e-16 или 40 e-15 или 40 фемтоампер/rtHz.

Увеличьте на sqrt (1 МГц) и найдите 40 фА * 1000 = 40 пикоампер.

Но............ это текущий шум для одного резистора. Что Кейтли имеет множество схем, задействованных в реализации программируемого источника тока.

Здесь видно, что токовый шум от резисторов намного ниже, что логично, потому что токовый шум в китли включает гораздо больше источников, что также зависит от выходного сигнала. Однако это не отвечает на мой вопрос.

Текущий шум как спектральная плотность от заданного среднеквадратичного шума

Ириней

Ответы (3)

Спехро Пефхани

Ириней

Чарли

аналоговые системы рф

Ириней

Помогите разобраться, что является ограничивающим фактором по уровню шума в этой аналоговой схеме оптрона

Амплитудно-спектральная плотность из быстрого преобразования Фурье

Модель шума для стабилитронов

К каким частотам шума восприимчив АЦП с передискретизацией?

Точно измерить относительную интенсивность шума (RIN) с помощью анализатора спектра ВЧ?

Какие расчеты нужно сделать на практике, чтобы заранее оценить шум, наблюдаемый на выходе этой схемы операционного усилителя?

Почему шумы от каскодных транзисторов незначительны на низких частотах?

Является ли шум случайным процессом?

Фильтрующий конденсатор только добавляет шума в разветвитель.

Ручной расчет отношения коэффициента шума к спектральной плотности шума напряжения