Реально ли сделать усилитель напряжения из +-100мВ p-p в +-2,5В p-p с SNR на выходе не менее 130dB, соотношение сигнал шум интересует только в полосе частот 20...200 Гц. Выходное сопротивление источника сигнала около 5 кОм и оно может рассматриваться как элемент усилителя.

Есть какие-то мысли на сей счет? Или можете посоветовать операционники с низкими шумами в указаной полосе частот?

Я правильно понимаю, что Вы желаете примерно 2нв/корень из Гц?

Так вроде можно что-то подобрать тут - http://www.analog.com/en/precision-op-amps...ucts/index.html, только посмотрите, чтобы шум тока не испортил малину.

Только момент... Что значит


А то как бы тепловой шум 5тикилоомного резистора будет аж 9нВ/корень из Гц, если я опять же не ошибся на пальцах.

Прикидывал, получалось около 4 нв/Гц. и <0.1...1pA/Гц. Уже искал, буквально единицы и то не вполне дотягивают. Проблема в том, что на этих частотах у большинства операционников проявляются 1/f шумы, а в параметрической таблице обычно даже не указывается на какой частоте эта характеристика. По существу полуается нужно сплошь перебирать и перечитывать даташиты, что затратно.

"Только момент... Что значит "
Из сооброжений третьего рода последовательно с источником напряжения включается резистор(ы), этот же резистор, например, может быть задающим коэффициент усиления в инвертирующей схеме. Величина может быть уменьшено, но это крайне не желательно.

Про шумы резисторов спасибо что напомнили, думал не очень существенно будет.

всё-таки 4нв/корень из Гц, 200мВ полная шкала.
а 5кОм, 130дБ, и +-2.5В, действительно вместе как-то немного не вяжутся.
шум в полосе 200Гц будет 125нВ, что с коэффициентом 25 даст на выходе 3.2 мкВ. которые если поделить на 5В, то будет только 124дБ.

а куда дальше идёт сигнал с таким SNR если не секрет?

зы
еще у linear малошумящие усилители очень неплохие



AD8671, LT1007?
характеристика low freqency noise p-p показывает шум в полосе 0.1 .. 10 Гц.
по соотношению к плотности шума (которую обычно на 1 или 10 кГц измеряют) можно примерно прикинуть насколько всё плохо с 1/f шумом.

ну и нормальные производители всё-таки такие параметры приводят, и графики зависимости плотности шума от частоты. а даташиты да, читать надо .

+-100мв. Так что таки 2нв/корень из Гц - шум-то тоже биполярный.



Дык на 24хбитный АЦП, как я понимаю. В полосе 200Гц можно получить вполне адекватные результаты.

то есть если сигнал сделать однополярным 0..200мВ, а шум останется как был, то SNR в два раза улучшится?

тогда еще можно на разные АЦП посмотреть, в некоторых предусилители очень даже ничего бывают, такие, что по совокупности параметров (шумы + дрейфы) сам на ОУ просто так сходу и не подберешь.

Нет конечно. 2нВ на корень из Герц подразумевают +-2нВ.

Итого в полосе 200Гц имеем шум ~30нВ (+-30нВ относительно 0, понятное дело). Для сигнала с амплитудой 100мВ (а размах у такого сигнала будет +-100мВ, т.е. 200мВ) соотношение сигнал/шум будет 100мВ/30нВ=3*10^6=130дБ.



Кстати, про АЦП. Щас полистал кое-какие даташиты навскидку - да особо и не получается 130дБ динамического диапазона. 120 еще с натягом вроде выходит, баксов за сто, кстати.

А вообще, конечно, когда говорят о стольких-то вольтах на корень из Герц подразумевают эффективное значение. А совсем не факт, что эффективное значение полезного сигнала будет равно его амплитудному значению. Так что 6дБ (два раза) я бы оставил на неопределенность этого параметра. Из чего имеем, что нужен уровень шума не более 1нВ на корень из Герц.

Топикстартеру. А огласите-ка нам, что за источник сигнала у Вас, что Вы измеряете?

_pv, что-то не попадались 4,8kSPS+ АЦП с приличными встроенными предусилителями. Насколько понимаю это в основном кодеки, которые имеют 70...100 dB.

Какая-нибудь PCM4220 при динамическом диапазоне 123 dB на графике FFT имеет шум менее -140 dBS на частоте 100 Гц. Так понимаю, что если в цифре отфильтровать более узкий частотный диапазон, то можно приблизится к этим -140 dBS.

Источник сигнала электромеханическая система, требуется очень точно измерить фазу гармоники (порядка 1нс при 100 Гц), время накопления сигнала ограничено (порядка 0,1 с).

ну вот ad7767:
109.5 dB dynamic range, 128 kSPS
112.5 dB dynamic range, 64 kSPS
115.5 dB dynamic range, 32 kSPS
если дальше фильтровать и экстраполировать это вниз до килогерца (на высоких частотах там корень: частота в 2 раза -> +3 дБ), и надеяться что 1/f шум там еще не начнет пакостить, то 130дБ может и получится.


да, на счёт усилителей в АЦП это я похоже зря, совсем низкочастотные еще более менее прилично выглядят по шумам/дрейфам, а выше десятков Гц уже как-то не очень.

Извините, но Вы полосу в 200Гц заказывали. А эти графики - они обычно волшебные, ибо надо обращать внимание на количество точек FFT, и исходя из этого (и частоты дискретизации) получить значение dF (как Fдискр/N), после чего Ваши sqrt(200Гц/dF) в dB прибавить к волшебному числу из графиков -140dB, дабы получить нужный результат.

Не поленился, пошел в даташит.

Внезапно размер FFT не указан, однако, можно по ступенькам на графике FFT для частоты дискретизации 192кГц оценить шаг примерно в 10Гц (для FFT размером 16384 точное значение 11.7Гц). Примем это как dF.

Имеем, что sqrt(200/11.7) примерно 4, что есть +12дБ к шуму в Вашей полосе. Так что не -140, а -128dB.



Те же на манеже.

32KSPS/8192=4Гц. sqrt(200/4)=7=17дБ. Ну по графикам где-то полка -145дБ да плюс 17 итого -128дБ. Кю!



Т.е. реальная полоса будет 10Гц, а не 200 (после того, как найдете нужную гармонику). Ну уже лучше. С другой стороны, имеем 1ГГц(характерная полоса для времени порядка 1нс)/10Гц(время накопления)=1E8, sqrt(1E8)=10000, что есть -80дБ по шуму. Дык вроде и ниче так, и не надо там -130...-140дБ. Поправьте меня, вдруг я ошибся где.

ну если верить даташиту, то динамический диапазон они не по спектрам измеряли, а прямо по уровню шума при закороченном входе.

тем более гистограммы шумов тоже приведены.
правда rms посчитать поленились, возьмём как p-p / 6.
128ksps: 145q / 6 = 24q; 24 / 2^24 = 116дБ, еще минус 6 дБ потому что не от шкалы а от "rms value of the full scale", т.е. вроде совпадает c заявленными 109.5дБ.
соответственно на 1ksps и полосе 500Гц, 130дБ должно получаться.

почему не сходится со спектральными картинками?

Тоже вроде близко к правде.


Пока я хз, версия только одна - врут нам где-то аналоговые девицы, вот что я Вам скажу

Я Вам еще больше скажу -



При накатывании такого окна внезапно падает шум на 6дБ - только что игрался для теста:




При этом пик сигнала падает только на 3дБ.

Все получится, причем можно и дешевле

Берем что-то из хороших аудио АЦП (CS5381, AK5394 и т.п.). Для CS5381 при Fs=96k указан ДД=111дБ в полосе 20кГц, т.к. ТС интересует 200Гц добавим 20дБ (полосу уменьшили в сто раз, мощность шума тоже в сто раз меньше) получается 131дБ , а если еще заглянуть в колонку Typical Цена вопроса в прошлом году была около $25.

С CS5381 в реальной схеме у меня получался ДД 128дБ в полосе 500Гц вместе с предусилителем (на OPA1632) и еще много чем, (правда это были 500Гц повыше по частоте - около 22000..22500Гц, что будет у ТС с 1/f шумом хз), в полосе 200Гц можно надеяться на 132дБ. Правда у меня были задействованы два канала (для одного будет на 3дБ хуже )...но что мешает ТС тоже оцифровать сразу двумя каналами и получить +3дБ к ДД ?

Это измеренный Вами ДД? Или расчетный?

130 dB оценено исходя из определения фазы по одному переходу через ноль.



Забавная формулка: если уменьшить время накопления, то снижается требование к SNR))))

Поосмысляю пока еще.