Шумы AD7714-5 Опции

[Didro]

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:

It should be noted that effective resolution is not calculated using peak-to-peak output noise numbers. Peak-to-peak noise numbers can be up to 6.6 times the rms numbers while effective resolution numbers based on peak-to-peak noise can be 2.5 bits below the effective resolution based on rms noise as quoted in the tables.

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

[Herz]

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

[Didro]

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?

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.

Если время есть. И если сигнал периодический, конечно.

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):

• Чувствительность100 пВ/100 нОм
• Уровень шума 1,3 нВ (СКЗ)/8 нВ (размах)

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

[Alexashka]

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

[Tanya]

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...

[Alexashka]

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

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)

[Tanya]

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

[Alexashka]

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

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)

[Tanya]

Цифры не мои. Я их из даташита на ОУ привел
Я знаю что плотность шума не есть константа

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

[Alexashka]

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

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

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

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)

[Tanya]

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

А вот поинтересуйтесь, как такие шумы измеряют - это описано в даташите на ad797 и еще, наверняка, в других местах.
У него шум - 0.9.
Надо долго-долго держать в термостате и потом быстро измерять, чтобы дрейф временной и температурный не был виден.
Поэтому в АЦП, которые Вы так хотите усовершенствовать, стоят усилители с прерыванием. И с соответствующим шумом.
Вот соберите реальный макет и доложите дрейф за час. С внешним и внутренним ОУ.

[Alexashka]

А вот поинтересуйтесь, как такие шумы измеряют - это описано в даташите на ad797 и еще, наверняка, в других местах.
У него шум - 0.9.
Надо долго-долго держать в термостате и потом быстро измерять, чтобы дрейф временной и температурный не был виден.
Поэтому в АЦП, которые Вы так хотите усовершенствовать, стоят усилители с прерыванием. И с соответствующим шумом.
Вот соберите реальный макет и доложите дрейф за час. С внешним и внутренним ОУ.

Давайте конкретными цифрами оперировать. Если Вы говорите про температурный дрейф, то у данного АЦП он 0.3мкВ/*С, у OPA211 кот.я приводил -он 0.35мкВ/*C соответственно. Как видно небольшая разница. Да, в АЦП можно калибровкой устранить эту ошибку, но такую калибровку нетрудно сделать и для ОУ -закорачиваем вход на землю и замеряем постоянку на выходе (тем же АЦП). Затем вычитаем это значение из последующих результатов.
И еще, где в даташите на AD7714 сказано про внутренний усилитель с прерыванием? И почему у него темп.друеф такойже как у простого ОУ без прерывания?

ЗЫ. Я так понимаю что в более новых моделях АЦП (AD7730-7731) аналог пошел по другому пути- коммутация питания внешнего моста -не сказал бы что это проще для пользователя. Однако, по всей видимости, это позволяет поднять итак не очень высокие показатели АЦП.