Hallo,
ich bin gerade dabei Rauschmessungen durchzuführen. Ich habe mir dazu
aus einem alten Stahlfarbeimer einen Faradayschen Käfig gebaut, um
hochfrequente Signale von Außen abzuschirmen.
Als erstes habe ich das Eigenrauschen des Oszilloskops gemessen und
anschließend das Rauschen, dass von meiner Spannungsquelle ausgeht. Ich
habe einen Lithium-Ion-Akku und ein Spannungsquellengerät verwendet.
Beide hatten allerdings schon ein verblüffend großes Rauschen von 10-20
mVpp. So ist ja eine weitere Rauschmessung überflüssig. Gibt es Akkus
bzw. Batterien die ein sehr geringes Eigenrauschen haben oder auch
andere Möglichkeiten solch eine Messung mit einfachen Mitteln relativ
genau durchzuführen?
Ich danke euch schonmal für eure Mühen,
Florian
Dir fehlt sehr viel , sehr rauscharme Verstärkung, um das Rauschen einer
Batterie oder Spannungsquelle zu sehen, im Moment siehst Du sehr
wahrscheinlich nur das Eigenrauschen des Scopes
Schau Dir mal diesen Vortrag von der diesjährigen HamRadio an:
http://www.sdr-kits.net/DG8SAQ/VNWA/HamRadio_DG8SAQ_2014.pdf
Dort kannst Du sehen wie man so etwas misst.
Der dort angegebnen Wenzelverstärker mit V=1000 kann auch zusammen mit
einem Scope verwendet werden, ein 1mV/SKT Scope kann dann plötzlich
1uV/Skt
EMU
Ich Danke euch erstmal für eure zahlreichen Antworten.
@EMU: Das Eingangsrauschen des Scopes hatte ich zuvor schon gemessen und
lag weit unter dem Rauschen, das ich gemessen hatte, als ich die
Batterie am Tastkopf hatte.
@Anja: Naja die Messung soll sowohl 1/f-Rauschen als auch
Breitbandrauschen beinhalten. Bandbreitenbegrenzung wird ja vom OPV
vorgegeben und liegt bei knapp 350kHz. Verwendet wird ein LMV772 von TI.
Braucht man die 350kHz am Stueck, aufs Mal, oder schmalbandig
durchstimmbar bis 350kHz ? Dann koennt man die zu messende Frequenz auf
irgendwas (zB 455kHz) mischen, scharf filtern (1kHz) und die
Mischfrequenz sweepen.
Florian schrieb:> Ich Danke euch erstmal für eure zahlreichen Antworten.
Gern geschehen.
>> @EMU: Das Eingangsrauschen des Scopes hatte ich zuvor schon gemessen und> lag weit unter dem Rauschen, das ich gemessen hatte, als ich die> Batterie am Tastkopf hatte.
Dann ist da wohl noc hein Fehelr in Deinem Meßaufbau. Du müßtest bei den
Li Batterien schon deutlich runter in dne Mikrovolt Bereich kommen
>> @Anja: Bandbreitenbegrenzung wird ja vom OPV> vorgegeben und liegt bei knapp 350kHz.
Sicher? Vergleich mal Deinen Aufbau mit der App note 124 von JW.
> Verwendet wird ein LMV772 von TI.
hmm. Wie beschaltest Du den?
Siebzehn Zu Fuenfzehn schrieb:> Braucht man die 350kHz am Stueck, aufs Mal, oder schmalbandig> durchstimmbar bis 350kHz ? Dann koennt man die zu messende Frequenz auf> irgendwas (zB 455kHz) mischen, scharf filtern (1kHz) und die> Mischfrequenz sweepen.
Oderl gleich einen selektiven Pegelmesser dahinterhängen. Gibt ja genug
RS, W&G etc. im 2nd hand markt.
Da muß man sowas nicht mühevoll neu aufbauen/zusammenstellen.
Ich bin leider sehr neu auf dem Gebiet des Rauschens. Eigentlich wird
deutlich weniger Bandbreite benötigt. Es geht um EKG-Signale. Die obere
Grenzfrequenz liegt bei 500 Hz. Allerdings ist das Verstärkungsglied am
Ende ein nicht-invertierender Verstärker. Der hat eine Verstärkung von
11. Bei einem Verstärkungsbandbreiteprodukt von 3,5MHz ergibt sich knapp
350KHz.
Wenn ich mir die Application Note 124 anschaue erfordert das denk ich
mal gutes Wissen über rauscharmes Layouten, dass ich leider noch nicht
habe.
Ich habe bislang nur ganz grob die Batterie genommen und den Tastkopf an
die Anschlussklemmen der Batterie gehalten. Dadurch wird dann scheinbar
sehr viel Fremdrauschen mit eingebracht.
Florian schrieb:> Wenn ich mir die Application Note 124 anschaue erfordert das denk ich> mal gutes Wissen über rauscharmes Layouten, dass ich leider noch nicht> habe.
Das ist ok,
eben deshalb die Hinweise von allen oben sich erstmal in Ruhe ins Thema
einzulesen/arbeiten.
Da mußt du nun mal durch.
Wenn es um Signal bis 500 Hz geht, ist das Ozilloskop eher nicht die
richtige Wahl. Da haben die Eingangsverstärker oft ein recht hohes 1/f-
Rauschen. Für Rauschmessung will man anders als sonst auch eher nicht
mit dem 1:10 Tastkopf messen - der Rauscht über den Widerstand selber
und reduziert dann Signal. Bei den niedrigen Frequenzen kann man auch
1:1 auf das Oszilloskop. So unter etwa 1 kHz muss man schon mit dem 1/f
Rauschen rechnen, man sollte sich also das Rauschen nicht nur in der
Summe ansehen, sondern mach Frequenzen Aufgelöst.
Ein Möglichkeit wäre dazu ggf. die Soundkarte am PC - so wie im Link
oben vom HAM-radio. Alternativ ginge auch ein DSO mit entsprechender
Software.
Klassischen wäre es mit verschiedenen analogen Bandpass-Filtern möglich,
aber das tut man sich heute gerade im NF Bereich eigentlich nicht mehr
an.
Der oben genannte LMV722 ist für Rauschmessungen auch nicht unbedingt
die beste Wahl (Für EKG später ggf. schon OK) - das ist eher was für
kleine Versorgungsspannung. Wenn man einen Rauscharmen OP (etwa als
Verstärkung/Filter vor der Soundkarte / DSO) sucht, dann eher so etwas
wie OP27 , NE5532 (für niederohmige Quellen) oder OPA134 für hochohmige
Quellen - also eher Verstärker für Audio.
Für das Rauschen ist das Layout eigentlich nicht kritisch. Das Layout
ist ggf. ein Problem wenn es um HF-Einstrahlung und etwas bei Störungen
aufs der Versorgungsspannung.geht.
Als erstes wird man sich auch eher das Raschen der Verstärker oder von
Widerständen ansehen, das Rauschen von Batterien ist eher selten
interessant, und meist gar nicht so leicht messen, weil es recht klein
ist.
Florian schrieb:> @Anja: Naja die Messung soll sowohl 1/f-Rauschen als auch> Breitbandrauschen beinhalten. Bandbreitenbegrenzung wird ja vom OPV> vorgegeben und liegt bei knapp 350kHz. Verwendet wird ein LMV772 von TI.
Ein und denselben Aufbau für beide Bereiche halte ich nicht für
sinnvoll.
Für das 1/f-Rauschen braucht man mindestens Faktor 10000 Verstärkung und
gute Filterung (Bandbreitenbegrenzung) damit man auf dem Oszi was
sinnvolles sieht.
Beim Breitbandrauschen eher Faktor 100 - 1000 Verstärkung.
In allen Fällen wird man eine saubere Versorgung brauchen.
Eine Bandbreitenbegrenzung per OP funktioniert auch nur solange keine
Störungen über irgendwelche Leitungen in die Schaltung gelangen können
und der ganze Aufbau gut geschirmt ist.
Gruß Anja.
Warum braucht man für 1/f-Rauschen eine größere Verstärkung? Ich dachte
gerade diese Art Rauschen steigt mit sinkender Frequenz an und liegt
betragsmäßig über dem Breitbandrauschen, oder liege ich da falsch?
Florian schrieb:> Warum braucht man für 1/f-Rauschen eine größere Verstärkung? Ich dachte> gerade diese Art Rauschen steigt mit sinkender Frequenz an und liegt> betragsmäßig über dem Breitbandrauschen
Weil das 1/f-Rauschen meist erst bei rel. niedrigen Frequenzen (z.B.
100Hz ...1kHz) einsetzt und daher die Rauschbandbreite auch nicht größer
sein kann. Die üblichen Diagramme zeigen ja nicht direkt den
Rauschpegel, sondern nur die Rauschdichten, aus denen dann mit der
Bandbreite die Pegel zu bestimmen sind.
Das Breitbandrauschen hat deshalb höhere Pegel, weil trotz geringerer
Rauschdichte die Bandbreite sehr viel größer ist.
Ich habe neulich das Rauschen von Batterien gemessen, und da gibt es
durchaus Unterschiede. Grob gilt: Je größer desto besser, NiCd ist am
besten. Die Resultate sind unter
<
http://www.hoffmann-hochfrequenz.de/downloads/NoiseMeasurementsOnChemicalBatteries.pdf>
Laborstromversorgungen habe ich auch untersucht, es war teilweise
erschreckend. Das muss ich noch zusammenschreiben, aber
Spannungsreferenzen und Regler interessieren mich zur Zeit mehr.
Gruß, Gerhard
ArnoR schrieb:> Florian schrieb:>> Warum braucht man für 1/f-Rauschen eine größere Verstärkung? Ich dachte>> gerade diese Art Rauschen steigt mit sinkender Frequenz an und liegt>> betragsmäßig über dem Breitbandrauschen>> Weil das 1/f-Rauschen meist erst bei rel. niedrigen Frequenzen (z.B.> 100Hz ...1kHz) einsetzt und daher die Rauschbandbreite auch nicht größer> sein kann. Die üblichen Diagramme zeigen ja nicht direkt den> Rauschpegel, sondern nur die Rauschdichten, aus denen dann mit der> Bandbreite die Pegel zu bestimmen sind.>> Das Breitbandrauschen hat deshalb höhere Pegel, weil trotz geringerer> Rauschdichte die Bandbreite sehr viel größer ist.
Ich habe den Eindruck, dass das 1/f-Rauschen den Dynamikbereich meines
Mess-Systems begrenzt. Das geht teilweise mit 30 db/Dekade hoch und nach
3 Dekaden ist aus fast nix ploetzlich eine ziemlich große Zahl geworden.
Ich brauche mindestens 60 dB Vorverstärkung um das 1/f-Rauschen des
FFT-Analyzers zu übertünchen.
Ich spiele mit dem Gedanken, die untere Frequenzgrenze des
Vorverstärkers von 0.1 Hz zu opfern und mich mit 10 Hz zu begnügen.
Diesen Pol kann man genausogut einfach wegrechnen. Spart viele
WIMA-Folienkondensatoren.
Gruß, Gerhard
EMU schrieb:> Schau Dir mal diesen Vortrag von der diesjährigen HamRadio an:> http://www.sdr-kits.net/DG8SAQ/VNWA/HamRadio_DG8SAQ_2014.pdf>> Dort kannst Du sehen wie man so etwas misst.
Ich habe mir die Praesentation durchgelesen. Ich verstehe nicht, warum
dort eine Rauschquelle mit D Flip-Flops aufgebaut wird. Ist das, weil
man das einfach am Rechner in Software machen kann? Ich koennte doch
einen diskreten Rauschgenerator aufbauen oder einen der vorgeschlagenen
Messverstaerker am Eingang mit einem grossen Widerstand beschaltet als
Rauschquelle nehmen?
ul5255 schrieb:> Ich verstehe nicht, warum> dort eine Rauschquelle mit D Flip-Flops aufgebaut wird. Ist das, weil> man das einfach am Rechner in Software machen kann?
1) man kann solche Pseudo-Random-Rausch-Generatoren sowhl in HW (lässt
größere Bandbreiten zu, da höher getaktet werden kann) als auch in SW
(so wie im Vortrag gezeigt, dort wird sogar ein VNA auf der Basis
realisiert) realisieren
2) der Hauptgrund für die Realisierung in HW ist aber dass man
CMOS-Schieberegister verwendet, weil dort die Pegel 0 und 1 in Form von
Spannungen recht genau reproduzierbar sind und damit wird der
Rauschgenerator selbst-kalibriert
die effektive Rauschspannung beträgt dann:
Ueff [Veff/sqrt(Hz)] = a[Vpp] * /sqrt(2*fT)
a: Vpp des Rechtecks aus dem CMOS-Gatter
fT: Staktfrequenz des Schieberegisters
ul5255 schrieb:> Ich koennte doch> einen diskreten Rauschgenerator aufbauen oder einen der vorgeschlagenen> Messverstaerker am Eingang mit einem grossen Widerstand beschaltet als> Rauschquelle nehmen?
dann müsstest Du aber die Rauschleistung des Generators mit einem
Spektrumanalyzer o.ä. kalibrieren, was in der Regel nicht ganz einfach
ist
EMU
EMU schrieb:> 2) der Hauptgrund für die Realisierung in HW ist aber dass man> CMOS-Schieberegister verwendet, weil dort die Pegel 0 und 1 in Form von> Spannungen recht genau reproduzierbar sind und damit wird der> Rauschgenerator selbst-kalibriert
das war mir so noch nicht klar, danke fuer die Erklaerung.
EMU schrieb:> dann müsstest Du aber die Rauschleistung des Generators mit einem> Spektrumanalyzer o.ä. kalibrieren, was in der Regel nicht ganz einfach> ist
Mit einem Widerstand und einem ordentlichem Verstärker mit
Messwiderständen kannst Du eher den Spektrumanalyzer kalibrieren.
Genau genommen kannst Du mit dem thermischen Rauschen eines
120-Ohm-Widerstandes das ganze System aus Vorverstärker und
Spektrumanalyzer kalibrieren. Bei Raumtemperatur ist das ziemlich genau
1 nV/sqrtHz Rauschdichte.
Gerhard
Nachtrag zu meinem Post von oben: der Verstärker dazu ist in
< http://www.hoffmann-hochfrequenz.de/downloads/lono.pdf >
EMU schrieb:> Schau Dir mal diesen Vortrag von der diesjährigen HamRadio an:> http://www.sdr-kits.net/DG8SAQ/VNWA/HamRadio_DG8SAQ_2014.pdf>> Dort kannst Du sehen wie man so etwas misst.> Der dort angegebnen Wenzelverstärker mit V=1000 kann auch zusammen mit> einem Scope verwendet werden, ein 1mV/SKT Scope kann dann plötzlich> 1uV/Skt
Aber nur wenn man den aus rauscharmen Batterien/Spannungsreglern
versorgt. Das Ding hat nämlich überhaupt keine
Betriebsspannungsunterdrückung.
Beitrag "Re: Meßverstärker für 1/f-Rauschen 0.1 - 10 Hz"
Allerdings kann das durch eine einfache Modifikation behoben werden:
Beitrag "Re: Meßverstärker für 1/f-Rauschen 0.1 - 10 Hz"Gerhard schrieb:> Ich spiele mit dem Gedanken, die untere Frequenzgrenze des> Vorverstärkers von 0.1 Hz zu opfern und mich mit 10 Hz zu begnügen.> Diesen Pol kann man genausogut einfach wegrechnen. Spart viele> WIMA-Folienkondensatoren.
Bei mir haben 2 kleine gereicht.
Gerhard schrieb:> Nachtrag zu meinem Post von oben: der Verstärker dazu ist in> < http://www.hoffmann-hochfrequenz.de/downloads/lono.pdf >
sehr interessante Beiträge, Danke.
Wenn ich es recht bedenke sind wir mit dem Wenzelverstärker und 4x J310
FET schon fast dort wo sich Dein Verstärker bewegt
0,410nV/sqrt(Hz) für den Wenzel vs. 0,220nV/sqrt(Hz) bei Deinem x20
Verstärker.
Im Prinzip sollte ich die CAL mit 60R auch hin bekommen, allerdings
bedarf dies der CAL der Soundkarte, was aber nicht so schwer ist.
EMU
EMU schrieb:> Wenn ich es recht bedenke sind wir mit dem Wenzelverstärker und 4x J310> FET schon fast dort wo sich Dein Verstärker bewegt> 0,410nV/sqrt(Hz) für den Wenzel vs. 0,220nV/sqrt(Hz) bei Deinem x20> Verstärker.
Halb so viel Rauschspannung ist der vierfache Aufwand. Und wenn man
wegen Drift und PSSR eine Differenzeingangsstufe braucht, verdoppelt
sich das nochmal für den Differenzeingang und dann nochmal um den
Rauschnachteil
der beiden Eingänge in Serie wieder gut zu machen.
Und weil die FETs eine grausig hohe 1/f-Eckfrequenz haben, ist die
tatsächliche Rauschdichte im unteren NF-Bereich eher bei ein paar
nV/sqrtHz
als unter einem.
Das hab' ich alles schon durch, auch 16 * 2SK3??? im Wenzel-Stil,
der BF862 von NXP ist da noch das Goldstück. Nur 1 KHz 1/f corner, wenig
Eingangskapazität bei hohem gm, und das Verhältnis von Eingangskap.
zu Steilheit ist genau das, was beim FET für niedriges Rauschen zählt.
Wenn man die niedrige Eingangskap. bewahren will, muss man den
Millereffekt wegmachen, also Cascode. So kommt eins zum anderen.
Noch ein paar Bilder von Vorversuchen sind unter
<
https://picasaweb.google.com/103357048842463945642/LowNoisePreamplifiers?authuser=0&feat=directlink>
Gerhard
Gerhard schrieb:> Halb so viel Rauschspannung ist der vierfache Aufwand. Und wenn man> wegen Drift und PSSR eine Differenzeingangsstufe braucht,
Jepp, da hatte ich nicht richtig gerechnet
Gerhard schrieb:> der BF862 von NXP ist da noch das Goldstück. Nur 1 KHz 1/f corner, wenig> Eingangskapazität bei hohem gm, und das Verhältnis von Eingangskap.> zu Steilheit ist genau das, was beim FET für niedriges Rauschen zählt.
schöner Hinweis, Danke !!
Gerhard schrieb:> Noch ein paar Bilder von Vorversuchen sind unter
sieht super aus und man sieht die viele Arbeit und die
Perfektion..Chapeau
EMU
Ist noch eine Antwort auf die Ausgangsfrage relevant?
Das krass sachfremde Wort ist Eimer.
Packst Du etwa das Oszilloskop auch den Eimer?
Andernfalls wirkt der Eimer nur als Antenne für störende Einstrahlung.
Matthias K. schrieb:> Andernfalls wirkt der Eimer nur als Antenne für störende Einstrahlung.
Du hast noch nie Rauschspannungsmessungen im uV-Bereich durchgeführt,
stimmts?
Gruß Anja
Ich glaube hauptsächlich, das es zunaechst voellig unbestimmt ist, was
über das Kabel in das oszi eingestrahlt wird.
Ist es ein Koaxialkabel oder eine beliebige Leitung?
Über welchen Frequenzbereich fand die Messung statt?
Gibt es eine Strombelastung der Batterie oder ist sie schlicht "im
Eimer"?
Irgendwie kann man da nicht schlau drauf antworten, selbst wenn man
schon so eine Messung durchgeführt hat.(ich z.b. noch nicht)
Und dann ganz zuletzt, wofür ist eine solche Messung überhaupt relevant?
Nix für ungut
Ein Metallgehäuse ist für Rauschmessungen schon mehr oder weniger
Standard. Im Privaten ist das halt oft ein Metalleimer (mit Deckel, etwa
für Farbe) oder die berühmte Keksdose.
Am Oszilloskop kann man von einem Koax-kabel ausgehen. Einfach direkt
mit dem Oszilloskop geht aber meist nicht so gut, weil da das Rauschen
doch oft relativ hoch ist. Deshalb hat man halt oft einen externen
Verstärker - ggf. auch einfach den den man untersuchen will. In der
Regel vermeidet man für Messungen bei sehr kleinen Leveln auch eine
Externe Stromversorgung und nimmt halt Batterien (z.B. 2x 9 V Block) zur
Versorgung des Verstärkers in der Abschirmung. Sonst muss man da schon
aufpassen, das die Externe Stromversorgung nicht zur Antenne im Eimer
wird.
Sinnvoll sind solche Messungen wenn es darum geht das Rauschen von
Verstärkern oder Bauteilen zu beurteilen. Datenblätter (Sofern vorhanden
und ausführlich genug) und Simulationen sind halt nur die Theorie -
Kontrolle ist manchmal schon nötig. Transistoren sind auch nicht alle
gleich beim Rauschen - manchmal lohnt es sich da gute Exemplare raus zu
suchen.
