шум низкой частоты при измерении напряжения- каковы могут быть причины?, период шума- около 3 минут, амплитуда несколько ppm Опции

[Ruslan1]

Здравствуйте,

Подскажите пожалуйста, может кто сталкивался с подобным.
откуда может возникнуть описанный ниже эффект, это биение частот чего с чем может такое давать.....
Жить не мешает (реальный сенсор дает шумы на порядок больше), но любопытно.


Измеряю отношение напряжений на резистивном делителе (эмулирую сенсор)
Резисторы- два по 510 Ом, однотипные
1. подаю меандр 500 Гц (двуполярный) 3 вольта, 20 полупериодов, измеряю общее напряжение, подаваемое на резисторы (в каждом из полупериодов)
2. в следующие 20 полупериодов измеряю напряжение падения на одном из резисторов (в каждом из полупериодов).
3. Усредняю величины, нахожу их отношение (Ratiometric Measurement)
4. Такое измерение повторяю каждую секунду.
5. Усредняю значение за последние 8 измерений (8 секунд)

в компьютер читаю каждые 5 секунд. Вижу явно выраженный период изменения отклонения около 160-180 секунд, картинка ниже.
по оси Х - секунды, по оси Y - отклонение от средней величины, в ppm (в частях 1/1e6)


То есть я вижу колебания с периодом около трех минут, с напряжением пик-пик порядка 10ppm (60 микровольт). (даже для синусоиды RMS для этого случая равен 26 мкВ, если посчитать по моим значениям, то RMS=2.1ppm = 12 uV)

АЦП- AD7192, в режиме Chop Disabled, SINC4, FS=1, gain=1, buffer ON.

Внутренние биения между частотами на плате? есть ADC(внутренний генератор 4.92 МГц), DC-DC (около 400 кГц), линейный LDO, микроконтроллер (кварц 18.432). снаружи питается от лабораторного БП, трансформаторного
Могут быть наводки снаружи, и прямое детектирование какого-то GSM? Плата не экранирована.

Сам АЦП обещает подобный RMS noise 16 uV, но у меня-то еще усреднение неслабое. Ну и уж больно периодический шум, странно. Был бы "белый шум" - мне было бы спокойней.

[ViKo]

Уберите усреднение, и измерения делайте непрерывно - общее, на делителе, и т.д. Увидите, есть ли пульсации из-за питания, или нет, потому что получаются из-за обработки. Может, температура меняется от работы.

[Ruslan1]

Большое Спасибо всем откликнувшимся.

Странность-то в том, что у меня протсходит измерение отношения напряжений, то есть собственно абсолютная величина напряжения не влияет на результат измерений.
Но вот как это напряжение влияет на другие части тела, я не знаю, напрмер:
1. Величины измеряются разными входами АЦП. Может быть, их характеристики (например, ток утечки) меняются по разному
2. у меня по дороге мультиплексор стоит, 74HC053 (плата двухканальная). Если у них изменяется ток утечки под действием напряжения (причем несимметрично для разных каналов)- то будет похожий эффект. Речь идет о изменениях на единицы ppm, все возможно. В величинах тока- это изменение величины на единицы наноампер.
3. Хитрые паразитные емкости на плате. Но вход низкоомный, как-то не вижу пути влияния.
4. Референс, при изменении величины которого что-то меняется в АЦП (не напрямую, измеряю-то отношение величин, а не величины). И разрешающая способность АЦП 24 бита, а я хожу вокруг 17го-18го бита.

Ну и не сбрасываю со счетов какие-нибудь другие причины, вроде ошибки в программе (ну, например, иногда неправильно читаю младшие биты из АЦП. Или погрешности float вычислений, но, опять же, я еще не уперся в погрешности представления чисел).

Температура- я не измеряю температуру с настолько большим разрешением, чтобы заметить биения в единицы ppm (у меня разрешение всего 0.05 С). Вижу, что температура воздуха в районе платы меняется примерно на полградуса в час, не более, но вот локальные "микросаморазогревы", конечно, возможны (но они не могут быть большими, общее потребление устройства на уровне 10 mA@12V)

Если удалить фильтрацию, то возрастает белый шум, вот пример старых данных (тут фильтрация сильно меньше, но тоже есть немного). Эффект есть, но не так заметен. Но виден какой-то более длинный период.


Ну, еще вариант загнать в матлаб и хоть FFT посмотреть- тогда может и проявяться палки где-то. Попробую данные за сутки взять.

Про шумы по питанию- я тоже на них грешу. Предположим, они есть. Но КАК они могут накладываться на рашиометрические измерения, происходящие за один период промчастоты?

Про кварц в АЦП- я использую внутренний генератор, надеялся что так проблем меньше. В следующем прототипе заложу внешний для попробовать.

Собственно, железо разрабатывалось под другие задачи, поэтому не устанавливал hi-end мультиплексоры и референсы, и сейчас все всех устраивает и с таким шумом. Но интересно бы понять где я что некошерно сделал.