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)
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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.

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.

Помню несколько лет назад ловили на мостовой схеме странные низкочастотные помехи, которые появлялись и пропадали с периодом от нескольких минут до нескольких часов. Дело оказалось в плохих цепях питания (в смысле в низком PSRR) а шум появлялся при включении компрессора у холодильника в соседней комнате .

В стародавние времена с такой проблемой сталкивался. Только с другим АЦП, но тоже от АДИ. Помнится, что-то из-за клока.
Исправлялось вознёй с кварцем, питанием и землями. И всё в стиле пляски с бубном. Т.ч. конкретных советов дать не рискну.
П.С. Сигмы-дельты очень чувствительны к качеству клока. Способов угробить его качество достаточно много. Т.ч. лучше анализировать каждый конкретный случай.

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.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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.

У меня, как правило, такое из-за клока тоже. Убедиться можно заменой его. Нужно в таких устройствах использовать только внешний клок и внешний источник опорного для АЦП. Другая возможность - уберите усреднение, как посоветовали выше, и, если картина повторится, то посмотрите, что может дать в системе такой длинный период (или другой обнаруженный период) - например, опрос чего-то. У меня обычно это запись в память, но с более коротким периодом (2-3 сек). Холодильник в соседней комнате, как заметили выше, не может дать строго периодический сигнал.

Ничего странного. Измерения разнесены по времени. Если плывёт абсолютная ошибка, будет плыть и отношение.

В общем-то, Вы всё правильно делаете. Просто попробуйте сконцентрировать усилия на чём-то одном, наиболее критичном.
На мой взгляд, это клок или его сочетание с питанием. Процентов на 90. Если считать, что с разводкой не впахано.

Если клок нечем замерить, попробуйте поменять тип кварца, номиналы конденсаторов кварца, пофильтруйте питание, навесьте сверху осциллятор(чисто для теста, можно на соплях) и т.д. Есть шанс, что проблема локализуется. По крайней мере, большая часть проблем.
И обязательно стабилизируйте источник тестового сигнала(это м.б. очень непросто). Дрянь может и оттуда идти, хотя очень маловероятно, что она отразится в измерениях в виде пульсаций с таким большим периодом.



Дык, святая троица: земля, клок и питание.
И многие сильно недооценивают требования к клоку для сигма-дельта.


Ну, если ТС хотя бы грубо не оценивал влияние PSRR...
Однако, уж очень большой период пульсаций. Задумчиво как-то.

Я использую AD7192, и внутренний клок. так что никакой стабилизации частоты нет.
Попробую от внешнего синтезатора подать нужные 4.92 МГц. Млин, нету прямо сейчас под рукой, жалко. простой эксперимент. Может кварц 4.92 поищу.
Если увижу хоть какую-то разницу, значит нужно закладывать внешний кварц.


Падение напряжения я измеряю на паре однотипных постоянных резисторов, пока что про них не думаю (мощность 0.125 Вт, что-то зеленое, еще советское), припаяны прямо на плату. отсечь эту причину просто- поменяю на другой тип, убедюсь что все так же(или нет, тогда сюрприз будет).
А вот собственно напряжение подаю грязное, от DCDC. Подумаю. Опять не понимаю как получится


Оценивал, но не для данного типа измерений. А тут был морально готов к белому шуму, но не к периодическим пульсациям с периодом в минуты.


В параллель проверяют эти устройства в связке с реальными сенсорами, причем пять плат по два сенсора на каждой для статистики. Ну и усредняют за 30 секунд показания. Сейчас сказали, что у них пик-пик шум по каждому из 10 сенсоров за пять часов порядка 0.001%, это 10 ppm. В-общем, народ сильно доволен, а я могу спокойно ковыряться на будущее

С учётом нынешней точности частоты электросети порядка 0,01%, вполне возможно, что Вам просто не повезло с кварцем 18,432 МГц.

просто закоротку для начала измерьте. без двух измерений и вычисления отношения. шумы те же будут?

Спасибо всем откликнувшимся, благодаря вам у меня появился четкий план как действовать и что и как тестировать.
Как только будут результаты- отпишусь.
Как-то навалилось других тем, руки не доходят. Как раз закажу кварцев подходящих 4.92 МГц, еще чего-то запланирую....

Магнитное поле Земли может быть первопричиной такой помехи. Можно попробовать применить магнитный экран или повторить эксперимент при изменении угла наклона ВСЕХ плат и блоков в пространстве.