Добрый день,

в ходе изучения спецификации АЦП AD7714-5 (раздел AD7714-5 Output Noise) возник вопрос по оценке шумов АЦП – не понятно какой минимальный по амплитуде сигнал теоретически мы можем промерять с помощью AD7714-5.

1. No-missing-codes performance у этого АЦП равно 24 бит. Правильно ли я понимаю, что это, так сказать, точность by-design ? Т.е. NMC 24 бит означает только то, что физически АЦП сохраняет оцифрованные значения в регистре 24 бит ?

2. Далее приводится таблица «output rms noise and effective resolution» - т.е. полный среднеквадратический шум самого АЦП (шумы полупроводниковых элементов + шумы квантования) и некое эффективное разрешение.



Как видно из таблицы – ни при каких допустимых значениях усиления и частоты фильтрации разрешение 24 и даже 23.5 получить нельзя. Это нормально ?

3. Кроме того, отдельно сказано:
Т.е. полный размах шума в 6.6 раз выше, чем табличные значения, а разрешение на 2.5 бита меньше.

4. Вопрос – при диапазоне измерения 0…17 млВ. можно ли хотя бы теоретически померить нановольты, используя AD7714 ?
Собственно «расчет»:

1. Опорное напряжение: 2.5 В, Усиление 128, Частота фильтрации (Filter First Notch & O/P Data Rate) 2 Гц
2. Максимум сигнала: 2,5В/128 = 0,01953125 В = 19531 мкВ
3. Эффективное разрешение по таблице – 18 бит
4. Разрешение в вольтах: 19531 мкВ / (2^18) = 0,074505806 мкВ = 74 нВ
5. При этом полный размах шума равен: 6.6*0.14мкВ = 0,924 мкВ

Поэтому если учитывать полный размах шума, то меньше ~1 мкВ данное АЦП в обозначенных условиях померить теоретически не может.

Правильно ли я интерпретирую спецификацию ?

Спасибо

По-моему, совершенно верно интерпретируете. Но есть методы статобработки, (накопления и т.п). Реально можно "измерить" (хотя, строго, измерением я бы это уже не назвал) и величины, много меньшие рассчитанной. Если время есть. И если сигнал периодический, конечно. Тут как-то обсуждались эти аспекты, не искали?

Сообщение отредактировал Herz - Nov 28 2009, 21:45

Понятно, спасибо за ответ.
Я понимаю, что при стационарном сигнале\известном распределении шума можно "повысить" точность измерения за счет фильтрации\усреднения . Сообщения про сигнал\шум и измерение малых величин нашел, читаю.

Для примера возьмем область измерения температуры с помощью термопар. Например, диапазон ПП-термопары 16 млВ на 1600 град. Т.е. один градус получается в среднем (с учетом не линейности передаточной характеристики тремопары) 6 мкВ. Чтобы мерять десятую градуса требуется 600 нВ - задача взята не из вакуума, измерение температуры с такой точностью требуется в некоторых экспериментах материаловедов, например.
При этом частота изменения сигнала ~ 1-2 Гц. Периодический ли сигнал ? - не совсем понял ваш вопрос, конечно спектр данного сигнала будет отличаться от синусойды, но это и не белый шум. Или имелось в виду, что сигнал должен быть постоянен во времени, стационарен ?

В тоже время существуют такие приборы, как, например, Нановольтметр / микроомметр (Agilent Technologies):
Как можно добится таких значений ? На первый взгляд, здесь явно качественно другой уровень - т.е. не просто постобработка с какого-то АЦП аналога AD7714.

Спасибо

Сам не проверял, но простое сравнение показывает: для Вашего АЦП (К=128, Полоса=2Гц, En=0,14мкВ) имеем спектральную плотность шума около 100нВ/sqrt(Гц). У малошумящего операционника эта величина порядка единиц нВ/sqrt(Гц). Возможно что если вместо встроенного усилителя применить малошумящий внешний, приведенный шум можно уменьшить на порядок. (?) Если не прав, поправьте

Срочно сообщите тип этого операционника. В этом диапазоне частот...

А такой вопрос наивный - в таблице указан шум до прохождения усилителя или после ?
Т.е. нужно ли его значение умножать на 128 ? Насколько я понимаю нет и в таблице указан итоговый шум уже после усилителя ?

Ну хотябы взять OPA211 (если потребление в 4ма не пугает):
LOW VOLTAGE NOISE: 1.1nV/Hz at 1kHz
и
INPUT VOLTAGE NOISE: 80nVPP (0.1Hz to 10Hz)
80 нВ от пика до пика! кстати я ошибся у АЦП все даже хуже, если взять полосу 0,5 Гц по таблице (я взял не полосу а частоту выходных сэмплов =2Гц)

Вот и не сходятся цифры Ваши (1 и 80). При низких частотах плотность шума не есть константа. Зачем бы тогда делали zero-drift ОУ, у которых плотность шума больше?
Мне также нравится ad797

У девиц есть похожая парочка AD8597/AD8599
Чуть не забыл LT1028 - она имеет и наименьший токовый (правда тИповый шум)
Может глючу, но LTC2440, ИМХО, шумит меньше, чем эти ОУ

Сообщение отредактировал ledum - Dec 2 2009, 08:46

AD8599 - очень плохо с токовым шумом - даже в даташите ввели новый термин, чтобы запрятать правду.
ОРА211, ОРА1611 - очень хорошо с выходным каскадом получилось !

Цифры не мои. Я их из даташита на ОУ привел
Я знаю что плотность шума не есть константа, и ее обычно не указывают на низких частотах. Т.к проще указать интегральное напряжение шумов в полосе. Для данного ОУ напряжение шумов в полосе 10Гц (даже при том что она больше чем у приведенного АЦП в 20 раз!) гораздо меньше - 80нВ против 900нВ (пик-пик)

Ну и хорошо. Успокоили.... А зачем было тогда приводить плотность шумов за corner frequency?

И ещё Вам такой же опорник понадобится, и резисторы соответствующие с малыми избыточными шумами

Сам не знаю Просто цифра понравилась 1,1 нВ.
ЗЫ. А по существу какиенить возражения есть?


Да не вопрос, опорник делается из того же ОУ. Резисторы- тонкопленочные (например Vishay http://www.ecomal.ru/pages/posts/smnh--EDE...AE-foil.225.php -точность 0.005% . Если ставить старые советские углеродные резисторы, то явно будут проблемы)

Я все-таки радиочастотник, и мой вопрос здесь, на низких частотах, может быть глупым - почему все-таки не задается вопрос автору темы о сопротивлении источника сигнала, ведь если оно больше, скажем, 5 кОм, то здесь уже совсем другие операционники нужны - в первую очередь с малыми токовыми шумами (точнее компромисс между токовыми и шумами по напряжению), и какой-нибудь AD797, да и LT1028 не покатят - об этом неоднократно еще в ФИДО говорил товарищ Сухов в смысле Николай при обсуждении высокоомных магнитных головок.

Сообщение отредактировал ledum - Dec 3 2009, 07:59