Как измерить шумы блока питания усилителя

Использование анализатора сигналов для измерения уровня шума источников питания, стабилизаторов и источников опорного напряжения

Шумы источников питания, линейных стабилизаторов и источников опорного напряжения являются одной из основных причин ограничения рабочих характеристик систем, особенно в измерительных приборах и средствах связи. В приложениях, использующих аналого-цифровые преобразователи, шумы регулятора напряжения и источника опорного напряжения приводят к возникновению джиттера синхросигнала, значительно ухудшающего такие характеристики АЦП, как отношение сигнал/шум (SNR), отношение суммы сигнала, шума и искажений (SINAD) и коэффициент битовой ошибки (BER). Малошумящие усилители также страдают от фазовых шумов и эффектов модуляции, связанных с шумами источника питания.

Для измерения уровня шума источников питания и линейных стабилизаторов часто используются осциллографы. Поскольку чувствительность осциллографа относительно невысока и находится в диапазоне 2 мВ на деление, для наблюдения пульсаций и шума, нередко имеющих порядок микровольт, необходимо добавить значительное усиление по напряжению. Получить такое усиление можно с помощью малошумящего операционного усилителя или каскадной схемы из нескольких малошумящих операционных усилителей. После усилителя необходимы активные фильтры верхних и нижних частот для выделения требуемого частотного диапазона измерений, а вся схема должна быть заключена в клетку Фарадея (экран от внешних электромагнитных полей), для чего, в частности, может использоваться специальная краска. В руководствах по применению некоторых изготовителей микросхем рекомендуется схема проведения измерений, изображенная на Рисунке 1.

Рисунок 1.

Для типовой схемы измерения шума с помощью осциллографа требуется малошумящий усилитель с очень большим коэффициентом усиления, активный фильтр и пиковый детектор, что делает подобную технологию слишком сложной. Кроме того, этот метод по сравнению с другими, дает меньше информации, так как не показывает соотношение частот.

Это решение имеет несколько очевидных ограничений. Во-первых, создание такой схемы требует много времени, усилий и крайней осторожности. Во-вторых, необходимый высокий коэффициент усиления часто ограничивает частотный диапазон измерений, а усилители пропускают шумы источника питания за счет конечного коэффициента подавления пульсаций питания (PSSR), делая схему чувствительной к качеству питающего ее напряжения. Кроме того, усилители вносят собственные шумы.

Наилучшие методы измерений

Анализатор сигналов Agilent N9020A (опция 503) и анализаторы спектра реального времени Tektronix RSA5103A и RSA5106A, совместно с генератором контрольных сигналов Picotest, предлагают два пути измерения уровня шума источников питания и линейных регуляторов. Эти анализаторы спектра могут измерять сигналы с частотой от 1 Гц до 3 ГГц (RSA5103A) или до 6 ГГц (RSA5106A) и имеют намного больший динамический диапазон, чем осциллографы. Оба прибора отличаются непревзойденным уровнем шумов, а по чувствительности превосходят осциллографы на порядки. Кроме того, в них предусмотрены опциональные функции пикового детектора, повышенного разрешения и усреднения результатов измерений.

Анализатор сигналов N9020A-503 может измерять шумы в частотном диапазоне 20 Гц – 3.6 ГГц, у других моделей верхняя граница достигает 26.5 ГГц. Прибор поддерживает множество методов выборки и опций анализа, включая непосредственное измерение спектра, а также фазового шума и джиттера генератора. Такие же, и еще многие другие функции могут выполнять RSA5103A и RSA5106A.

Существует два основных метода измерения шумов регуляторов напряжения и опорных источников. Первый основан на измерении фазового шума высококачественного тактового генератора, питающегося от напряжения, вырабатываемого тестируемым регулятором. Эффективным способом такого косвенного измерения является измерение фазового шума кварцевого генератора. Шум стабилизатора напряжения проявляется в виде амплитудной модуляции и интерференции с частотой генератора. Измерение фазового шума позволяет определить характерные частоты шума, которые могут наблюдаться в виде «шипов».

Рисунок 2.	Измерения фазового шума (изображен шум 250 кГц от источника питания) показывают результат смешения всех частотных составляющих генератора. В этом примере к напряжению питания добавляется лишь одна частота. Результирующий сигнал проявляется в фазовом шуме генератора.

Эти «шипы» отображают как все частоты собственного шума источника питания, так и результаты смешения тактовой частоты и частот шума источника питания. В фазовый шум вносит свой вклад весь шум источника питания, увидеть который можно на общей характеристике джиттера, отображаемой непосредственно на дисплее прибора RSA. Рисунок 2 демонстрирует пример фазового шума генератора, питающегося от источника с частотой шума 250 кГц. Типичный блок питания порождает множество интерференционных сигналов, только один в этом примере показан лишь для ясности. Для того чтобы на основании этого графика фазового шума определить шум источника питания, необходимо определить значение PSSR генератора.

Второй метод требует непосредственных измерений на испытуемом устройстве (Рисунок 3). Для демонстрации точности и чувствительности этого метода фиксируется уровень собственных шумов типовой измерительной системы, для прямой оценки которых используется генератор контрольных сигналов Picotest J2130A, блокирующий постоянную составляющую сигнала, и предварительный усилитель Picotest J2180A. Предварительный усилитель улучшает отношение сигнал/шум примерно на 20 дБ и одновременно выполняет функцию согласования с испытуемым устройством (Рисунок 4), что очень важно, поскольку нагрузка 50 Ом может легко повлиять на результаты измерений шума.

Далее необходим генератор сигналов произвольной формы для получения синусоидального сигнала с частотой 1 кГц и амплитудой 50 мВ. Пара каскадируемых аттенюаторов Picotest J2140A, каждый из которых настроен на ослабление 40 дБ, включается между генератором и анализатором сигналов N9020A (Рисунок 5). Аттенюатор значительно уменьшает уровень сигнала генератора, что позволяет проверить чувствительность измерений. Результирующий сигнал, измеренный с помощью анализатора, имеет среднее значение 4.56 мкВ (эффективное значение 5.06 мкВ), которое и является истинным уровнем шума (Рисунок 6).

Показав, что уровень шума измерительной установки составляет приблизительно 45 нВ, и удостоверившись в том, что средний сигнал 4.6 мкВ она измерила правильно и точно, мы можем использовать ее для прямых измерений шумов источников питания, стабилизаторов напряжения и источников опорного напряжения.

Выводы

Мы продемонстрировали два простых метода измерения шумов источников питания и опорного напряжения с использованием анализатора спектра реального времени компании Tektronix. Эти методы предоставляют значительно больше информации, чем измерения с помощью осциллографа, так как отличаются намного более высокой чувствительностью и позволяют отображать конкретные частоты, вносящие наибольший вклад в шум исследуемого устройства. Новые малошумящие активные аналоговые фильтры и широкополосные предусилители, которые скоро поступят от компании Picotest, добавят новые возможности этим методам измерений, снижая эффективные помехи, особенно заметные на частоте 60 Гц.

Перевод: Vadim по заказу РадиоЛоцман

3/2017

Аппаратный шум — это физическое явление, обусловленное наличием в схеме резисторов и транзисторов. Основным генератором шума в LDO является ИОН — источник опорного напряжения (bandgap) [1]. Именно поэтому в малошумящих LDO имеется вывод шумоподавления, позволяющий отфильтровывать создаваемый этим источником шум с помощью внешнего конденсатора, нередко называемого конденсатором снижения шума. Пользователь обязан подключить к упомянутому выводу конденсатор. Сочетание этого конденсатора с высокоомным внутренним резистором создаёт низкочастотный фильтр. Помимо уменьшения шума ИОН, конденсатор также замедляет нарастание напряжения ИОН (и, как следствие, выходного напряжения) при запуске устройства.

Входное напряжение, выходной конденсатор и ток нагрузки не оказывают существенного влияния на конечный уровень шумов LDO. Уменьшить уровень шума можно, подключив конденсатор от выхода LDO к цепи обратной связи (при условии, что устройство не используется в схеме единичного усиления) [2]. Такой конденсатор называют конденсатором прямой связи (CFF). На высоких частотах этот конденсатор фактически работает в режиме короткого замыкания, уменьшая уровень усиления LDO и предотвращая усиление высокочастотного шума усилителем ошибки. Как и конденсатор снижения шума, CFF увеличивает время запуска устройства.

В перечнях технических данных шумовые характеристики зачастую отображаются двумя различными способами:

1. Графиком спектральной плотности шумов (в мкВ/√Гц) в зависимости от частоты.
2. Отдельной строкой в таблице электрических характеристик, указывающей среднеквадратичное (RMS) значение напряжения шумов в микровольтах.

Среднеквадратичное напряжение шумов равно спектральной плотности шума, интегрированной по определённому диапазону частот (обычно 10 Гц — 100 кГц или 100 Гц — 100 кГц). Такой подход позволяет быстро сравнить шумовые характеристики различных LDO при условии, что диапазон частот соответствует вашему случаю. В большинстве перечней технических характеристик среднеквадратичное значение шума указывается для LDO в схеме единичного усиления, поскольку шум на выходе, как правило, пропорционален усилению. Поэтому если вы знаете среднеквадратичное напряжение шумов для схемы единичного усиления и собственно значение усиления, необходимое для получения требуемого выходного напряжения, то сможете легко рассчитать среднеквадратичную величину напряжения шумов. Сравнение характеристик LDO в части среднеквадратичной величины шумов следует проводить для фактического уровня выходного напряжения, которое планируется использовать в системе.

Блок-схема измерения шумов

Блок-схема на рисунке 1 отображает конфигурацию оборудования для измерения шумов, которую мы подробно обсудим ниже. Источник питания подаёт энергию на модуль оценки (EVM), представляющий собой печатную плату (PCB), на которой размещён LDO.

Рисунок 1. Блок-схема конфигурации оборудования для измерения шумов

Далее следует собственно LDO или опциональный фильтр, устанавливаемый перед LDO. Этот фильтр уменьшает уровень шума от источника питания. Конденсатор связи по переменному току позволяет передавать в последующую часть схемы только сигнал переменного тока. Дополнительный усилитель позволяет облегчить измерение сигнала анализатором спектра. Усилитель необходим только в том случае, если пороговый уровень собственного шума анализатора (то есть шум, измеренный без подключения EVM), слишком велик относительно уровня выходного шума LDO.

Убедитесь в том, что разрешение по полосе пропускания (RBW), задаваемое шириной полосового фильтра анализатора спектра, как минимум на декаду меньше измеряемой частоты. Чем меньше RBW, тем большее разрешение будет иметь отображение конкретной частоты. Однако при уменьшении RBW также возрастает и время выполнения измерений. Многие анализаторы снабжены автоматической функцией, увеличивающей RBW по мере возрастания частоты, дабы уменьшить общую продолжительность измерений. Для более эффективной работы этой функции, возможно, потребуется задать минимальное или максимальное значение RBW. Полоса частот видеосигнала (VBW) задаёт величину сглаживания на экране. Как правило, она устанавливается равной RBW.

Наконец, поскольку мы измеряем шум, величина которого меняется в зависимости от некоторых характеристик самого шума, необходимо использовать встроенную в анализатор функцию усреднения, которая выполняет несколько измерений в каждой точке и вычисляет средний результат. Обратите внимание — это не скользящее среднее, при котором выполняется усреднение значений в смежных точках, а среднее значение по нескольким измерениям на каждой из частот. Обычно мы устанавливаем значение усреднения в промежутке от 25 до 50.

Пороговый уровень шумов

Всё измерительное оборудование имеет конечное разрешение. Это ограничение для анализатора спектра зачастую называют пороговым уровнем шумов. Сигналы, величина которых меньше этого уровня, анализатором не распознаются. Если величина шума LDO близка к пороговому уровню анализатора, то необходимо усилить выходные значения LDO, дабы корректно измерить выходной шум устройства. Помните, что плотность шума при нескольких источниках последнего рассчитывается как квадратный корень из суммы квадратов источников шумов (1):

При измерении шумов необходимо учитывать и другие источники шума, включая собственный шум анализатора спектра, а также внешние шумы, присутствующие в лаборатории. Однако можно объединить все эти источники, получив в итоге эффективный пороговый уровень шума (NNF). Это минимальный уровень шума, который можно измерить на вашем оборудовании в вашей лаборатории.

Чтобы рассчитать пороговый уровень шума для проводимого измерения, постарайтесь как можно точнее отразить фактическую схему оборудования, без учёта тестируемого устройства. После того как пороговый уровень шума для оборудования рассчитан, сравните полученное значение с расчётным уровнем шума тестируемого устройства (NDUT), дабы удостовериться в том, что его можно измерить корректно. Общее правило заключается в следующем: плотность шума проверяемого устройства должна превышать пороговый уровень шума для испытательного оборудования в десять раз. При этом влияние порога на результат измерений составит приблизительно 0,5%. Уравнения 2 и 3 используются для определения процента погрешности из-за порогового уровня шумов. Таким образом, вы можете рассчитать приемлемый вариант для ваших условий.

где N_OUT — плотность шума LDO, N_NF — пороговый уровень шума, x = N_OUT / N_NF

Усилитель

Если пороговый уровень шума анализатора спектра слишком высок и приводит к неприемлемой величине погрешности, можно:

а) приобрести анализатор спектра с более высокими характеристиками или

б) приобрести малошумный высокоскоростной усилитель и создать с его помощью неинвертирующую схему усиления. Реализация второго варианта может занять больше времени. Необходимо также выбрать подходящий операционный усилитель, сконструировать печатную плату, изготовить и собрать её. Однако данный вариант будет существенно дешевле покупки испытательного оборудования с высокими характеристиками.

Если вы решили использовать усилитель — убедитесь в том, что величина произведения коэффициента усиления на полосу пропускания (GBP) соответствует вашим потребностям. В идеале коэффициент усиления должен быть равномерным по всему диапазону частот, в котором вы планируете измерять уровень выходного шума. К примеру, если вам необходим коэффициент усиления в 40 дБ (100 В/В) для достаточного превышения порогового уровня шума анализатора, а верхняя граница диапазона частот составляет 10 МГц, то GBP операционного усилителя должно быть не меньше 1 ГГц. Если у вас есть возможность получить такой усилитель, то можно просто разделить полученные результаты на коэффициент его усиления. С другой стороны, если ваш усилитель демонстрирует спад на высоких частотах, то можно измерить его коэффициент усиления на каждой частоте и затем разделить результаты измерений в каждой точке на коэффициент усиления для соответствующей частоты.

Входной шум операционного усилителя должен быть как можно меньше, поскольку он усиливается за счёт усиления самой цепи. Не позволяйте собственному шуму усилителя создавать помехи для сигнала LDO, иначе усилитель будет бесполезен. Ещё одним источником шумов являются резисторы, используемые для установки коэффициента усиления неин-вертирующего усилителя. Резисторы создают термический шум, пропорциональный квадратному корню их сопротивления. Поэтому следует выбирать минимальные значения сопротивления, при которых не произойдёт перегрузки усилителя. Учтите также, что усилитель должен также обеспечивать работу на входное сопротивление анализатора спектра.

Конденсатор связи по переменному току

Большинство анализаторов спектра снабжены 50-Ом входными клеммами и не рассчитаны на большие токи. Чтобы предотвратить их повреждение, необходимо повысить сопротивление входных цепей. Некоторые производители предлагают активные зонды с высоким полным сопротивлением. Однако они вносят в измерения свой собственный шум, поскольку являются активными компонентами. Более удобным способом создания входа с высоким полным сопротивлением является использование конденсатора связи по переменному току. Обычно конденсаторы используются в шунтирующих конфигурациях — одна клемма подключена к нужному сигналу, а другая — к заземлению. Если рассматривать в такой конфигурации идеальный конденсатор с бесконечной ёмкостью, то сигнал постоянного тока будет проходить дальше по цепи, а сигнал переменного тока будет замкнут на землю. Однако если подключить одну клемму конденсатора к выходу LDO, а другую — к месту выполнения измерений, то конденсатор будет блокировать сигнал постоянного тока, пропуская сигнал переменного тока. Отсюда и название конденсатора. В нашем случае постоянный ток — это номинальное выходное напряжение, а переменный ток — это сигнал напряжения шумов, который мы и хотим измерить.

Поскольку конденсатор связи по переменному току имеет конечную ёмкость, то создаётся высокочастотный фильтр, который глушит сигналы ниже своей частоты отсечки (f_c).

Частота отсечки обратно пропорциональна произведению ёмкости конденсатора связи и сопротивления входной клеммы анализатора спектра. Поскольку сопротивление анализатора является фиксированным значением, обычно 50 Ом, то ёмкость конденсатора связи задаёт минимальную измеряемую частоту. Уравнение 4 можно использовать для расчёта ёмкости конденсатора связи по переменному току:

Поскольку частота отсечки представляет собой точку, в которой фильтр уже глушит сигнал на 3 дБ, выберите частоту отсечки, которая будет приблизительно на порядок меньше минимальной измеряемой частоты. Например, если вы хотите точно измерить шум с минимальной частотой до 10 Гц с помощью анализатора с сопротивлением 50 Ом на входных клеммах, то вам потребуется конденсатор ёмкостью приблизительно 3 мФ. Не забудьте учесть погрешности конденсатора, его номинальное напряжение, а также ухудшение параметров из-за температуры, если испытания проводятся при температуре окружающей среды, отличной от комнатной. На рисунке 2 показан один из первых наших конденсаторов связи по переменному току, предназначенный для измерений с минимальной частотой до 10 Гц. В данном случае мы просто спаяли несколько конденсаторов параллельно на прототипе печатной платы и припаяли по проводу с двух сторон. Такой вариант работоспособен при измерении малошумящих LDO. Однако шум окружающей среды уже представляет для него проблему.

Рисунок 2. Первый неэкранированный конденсатор связи переменного тока на 4000 мкФ для измерений шума

Рисунок 3 демонстрирует более поздний вариант конденсатора связи по переменному току, уже экранированный от шумов окружающей среды и снабжённый субминиатюрными разъёмами версии А (SMA), дабы обеспечить возможность применения экранированных кабелей во всех соединениях. Это позволило уменьшить степень влияния шумов, источником которых не являлось тестируемое устройство.

Рисунок 3. Экранированный конденсатор на 5100 мкФ для измерения шумов низкого уровня

Источники питания

Ещё один путь проникновения паразитных шумов в результаты измерений — через источник питания. Это может быть источник питания как самого LDO, так и любого из усилителей, используемых для повышения выходных характеристик регулятора. По возможности запитывайте LDO и цепи усиления от аккумуляторов. Однако для LDO с высокими токовыми характеристиками это может быть проблематично. Возможно, потребуется снизить напряжение аккумулятора до необходимого для измерений уровня напряжения питания. Настольные источники питания удобны в том смысле, что их выходные характеристики легко настраиваются и заряд у них никогда не заканчивается. Тем не менее они, как правило, довольно шумны.

Выходные параметры большинства настольных источников имеют большие всплески спектральной плотности шумов на частоте сети (как правило, 50 или 60 Гц) и частоте коммутации внутреннего преобразователя. Некоторые настольные источники питания являются линейными, но большая часть содержит импульсные преобразователи. Поэтому их не следует использовать без подавления дополнительных всплесков шума на частоте коммутации и её гармониках.

Уменьшить шум источника питания можно двумя способами. Первый состоит в использовании принудительной пассивной фильтрации — низкочастотного фильтра с П-образными звеньями, с частотой отсечки ниже частоты сети. Такой фильтр будет очень большим по размерам из-за дросселей и конденсаторов большой ёмкости. Второй вариант заключается в применении малошумящего LDO с высоким уровнем подавления пульсаций питания (PSRR) в качестве фильтра. Это гораздо более миниатюрное и недорогое решение. Но учтите, что многие LDO не обладают высоким значением PSRR на высоких частотах, на которых как раз и работает большинство импульсных регуляторов [3]. Для фильтрации высокочастотных коммутационных шумов хорошим выбором будет линейка устройств TPS7A47xx, обладающих низким уровнем шума на выходе и широкополосным PSRR. Если подходящий LDO найти не удаётся, то для фильтрации коммутационных шумов можно использовать небольшой индуктивно-ёмкостный фильтр.

Экранирование

Неэкранированные цепи не могут быть защищены от шумов окружающей среды. Означенные шумы могут возникать в различных точках испытательной схемы. Одним из наиболее вероятных вариантов являются используемые для измерений кабели. Кабели, подключённые к положительным и отрицательным клеммам любого источника или измерительной линии, создают большие индуктивные контуры и поэтому очень чувствительны к шумам. Магнитные поля, присутствующие в измерительной среде, могут создавать в этих контурах нежелательные высокочастотные токи. Для сведения этих наведённых токов и связанных с ними шумов к минимуму используйте экранированные кабели с разъёмами BNC или SMA везде, где только возможно.

Если экранированные кабели по каким-либо причинам использовать невозможно, то сведите промежуток между проводами к минимуму и скрутите положительные и отрицательные провода между собой, чтобы максимально уменьшить создаваемый ими индуктивный контур. Ещё один хороший вариант — поместить испытываемое устройство и любые другие платы в заземлённый металлический ящик. Этот ящик будет играть роль экрана для плат, используемых при измерении, почти как экранирование кабеля глушит шумы, воспринимаемые его жилами. На рисунке 4 приведён пример испытательной схемы в экранирующем ящике (с открытым верхом). Обратите внимание на то, что низ ящика покрыт пеной для предотвращения коротких замыканий на корпус.

Рисунок 4. Испытательная схема в экранированном ящике

Нагрузка LDO

Последним источником шумов, который следует рассмотреть, является нагрузка. В большинстве случаев автоматического тестирования используются электронные нагрузки, поскольку их легко настроить на любое значение. Однако при измерении шумов всегда необходима резистивная нагрузка. Электронные нагрузки генерируют собственный шум из-за имеющихся в них активных цепей. Соответственно, они оказывают негативное влияние на точность измерений.

Что делать со всеми этими данными?

Большинство анализаторов спектра записывают результаты измерений шума в дБмкВ/√Гц. Вам потребуется преобразовать эти значения в мкВ/√Гц. При использовании усилителя разделите эти значения на коэффициент усиления в В/В. После выполнения данной задачи для всех точек измерения можно сопоставить полученные данные с частотой, создав таким образом график спектральной плотности шумов, имеющийся в перечнях технических характеристик многих LDO. Уравнение 5 показывает, как выполнять преобразование из дБмкВ/√Гц в мкВ/√Гц.

Получив значение спектральной плотности шумов в мкВ/√Гц, можно рассчитать среднеквадратичную величину шума, высчитав площадь графика по соответствующей полосе пропускания (в промышленности используются стандартные величины 10 Гц — 100 кГц и 100 Гц — 100 кГц). Для этого проинтегрируйте величину шума по выбранной полосе пропускания. Если ваши данные хранятся в Microsoft Excel и переведены в мкВ/√Гц, то можно графически интегрировать данные следующим образом: усредните значения двух соседних точек, возведите полученное число в квадрат и затем разделите результат на разность частот между этими точками. Повторите эту процедуру для всех точек в нужном диапазоне частот, сложите полученные результаты, затем извлеките из этой суммы квадратный корень. Уравнение 6 представляет вышеперечисленные действия в терминах математики:

где N_n — спектральный шум в μV/√Hz и f_n — частота.

Измерение шума системы

Чтобы измерить шум, который будет возникать в системе из-за источника питания, LDO необходимо запитать от цепи, используемой в реальном устройстве. При этом будет получен уровень шума, видимый расположенным далее компонентам. Фактически этот уровень представляет собой комбинацию внутреннего шума LDO плюс шум его источника питания, приглушаемый PSRR самого источника. Поэтому если LDO планируется запитать от импульсного регулятора, то для измерения шума лучше всего использовать тот же самый регулятор. Вместо переключателя и LDO можно использовать два отдельных EVM, соединённых кабелями, но, в идеале, данное измерение лучше всего проводить на конечном варианте платы или на максимально близком к таковому. Это позволит получить более точную картину шумов, видимую устройством нагрузки на входе, так как высокочастотный шум легко может просочиться через различные паразитные пути в слой земли, слой питания или в оба сразу. Разместите измерительное соединение как можно ближе к устройству нагрузки — такой вариант даст более точную картину шумов. Если используемая плата не имеет разъёма SMA или BNC на выходе, можно припаять разъём SMA к клеммам либо входного конденсатора устройства нагрузки, либо выходного конденсатора LDO. Учтите, что реализация этого варианта представляет некоторую трудность. Будьте аккуратны с проводами, поскольку они дают механический вращающий момент, достаточный для того, чтобы оторвать конденсатор от платы (возможно, вместе с дорожкой).

Предпроизводственное измерение шумов

Для сравнения различных LDO без установки их на плату можно использовать оценочные модули. Возможно, что EVM будет давать несколько отличные от производимой вами платы результаты, в силу разности паразитных связей, обусловленной различным расположением компонентом и их разводкой. Для тестирования LDO на EVM используйте резистивную нагрузку, а не электронную, дабы уменьшить влияние собственных шумов нагрузки. Заземлите нагрузочный резистор как можно ближе к отрицательной клемме входа источника питания, дабы избежать излишних шумов в «земляном» слое платы. Большие токи заземления в этом сравнительно небольшом слое EVM могут повлиять на результат измерения. Смотрите пример на рисунке 5.

Рисунок 5. Заземление нагрузочного резистора около входа питания

По возможности используйте экранированные соединения, дабы ограничить размер индуктивных контуров. Если плата EVM не снабжена выходными разъёмами SMA или BNC, попробуйте припаять разъём SMA к клеммам выходного конденсатора LDO. Как уже говорилось, это довольно непросто, и результирующая схема будет хрупкой.

Указания по быстрой настройке

1. Подготовьте LDO и плату к испытаниям.
2. Подключите необходимую резистивную нагрузку к V_OUT. Желательно заземлить нагрузку как можно ближе к входу питания.
3. Поместите EVM в металлический (или с металлическим покрытием) ящик и заземлите ящик возле входа питания для экранирования от шумов окружающей среды.
4. Подключите необходимые V_IN, V_OUT, V_enable и т. д. с помощью экранированных коаксиальных кабелей.
5. Подключите один вывод конденсатора связи по переменному току к выходу EVM. Подключите второй вывод конденсатора к используемому анализатору.
6. Запустите процедуру измерения.

Дополнительные указания

• Убедитесь в том, что пороговый уровень шумов измерительного оборудования меньше такового для LDO:
  • если пороговый уровень шумов оборудования больше или близок к соответствующей величине LDO — используйте малошумящий операционный усилитель;
  • применяйте для регулировки усиления резисторы небольшого номинала, чтобы уменьшить их «вклад» в уровень шума;
  • убедитесь в том, что коэффициент усиления равномерен по всему диапазону частот, в котором планируется проводить измерения:
    • если усиление неравномерно — либо уменьшите его коэффициент, либо учитывайте спад усиления на этапе преобразования результатов,
    • результирующие данные шумов в мкВ/Гц необходимо разделить на коэффициент усиления в В/В.

    Литература

    1. John C. Teel. Understanding Noise in Linear Regulators, Texas Instruments Analog Applications Journal (slyt201), 2Q 2005
    2. Masashi Nogawa. LDO Noise Examined in Detail, Texas Instruments Analog Applications Journal (slyt489), 4Q 2012
    3. Masashi Nogawa and Kyle Van Renterghem. Wide Bandwidth PSRR of LDOs, Bodo’s Power Systems, pp. 46-49, Mar 2011
    4. Product Folders: TPS7A47, TPS7A35, TPS7A83 SLYY076

    Шум блока питания и усилителя

    Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
    Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.

    Поделиться

    Последние посетители 0 пользователей онлайн

    • Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу

    Объявления

    Сообщения

    ток в т.ч. смотрим. Если по даташит, то 5мА как идеал (напряжения приберите) по режим погонять, мне не надо. Спасибо, может после. Удачных поделок.

    Что вы докопались до 5 вольт? Куда важнее, какой уровень нужно «детектировать» на входе. Тут подвох точно есть.

    Спасибо братцы.

    

    Так наглядней. Сначала грубо по китайскому транзитестеру, потом в макетку втыкаемую. Ставим истоковые резисторы, затворы через килоом +- лапоть на землю. Подаем питание и смотрим на желаемый ноль на выходе.

    питание сбросьте, токи, по желанию и накрутить, замерить, послушать всегда можно. По стенду, как пары подбираем?

    Ну фсё тему можно закрывать ) Через лампочку подайте сетевое напряжение на обмотку с наибольшим сопротивлением и измерьте напряжение на обмотках (включая ту к которой подключено сетевое напряжение). ЗЫ Не забывайте про предосторожности при работе с сетевым напряжением.

    Как измерить шумы блока питания усилителя

    

    Блок питания является одной из основных составляющих любого усилителя. Важно знать, как правильно измерить шумы блока питания, чтобы определить его качество и эффективность. Шум может вызывать нежелательные искажения в аудиосигнале, что приводит к ухудшению качества звука. В этой статье мы рассмотрим основные способы измерения шумов блока питания и дадим рекомендации по выбору и настройке усилителя для получения наилучшего звукового качества.

    Первым и наиболее распространенным способом измерения шумов блока питания является использование специального прибора — шумомера. Шумомер представляет собой устройство, которое может измерять уровень звукового давления. Для измерения шумов блока питания необходимо подключить шумомер к выходу усилителя и измерить уровень шума в децибелах.

    Однако, помимо прямого измерения уровня шума, существует ряд косвенных признаков, которые могут указывать на качество блока питания. Например, одним из таких признаков является снижение динамического диапазона усилителя при работе на максимальной мощности. Если звук начинает искажаться или терять детализацию при увеличении громкости, это может быть свидетельством неэффективной работы блока питания.

    Кроме того, важно обратить внимание на качество используемых компонентов блока питания. Высококачественные компоненты могут значительно улучшить звуковые характеристики усилителя и снизить уровень шумов. Поэтому, при выборе усилителя, рекомендуется обратить внимание на используемые в нем детали и материалы, чтобы получить наилучшее звуковое качество и минимальные шумы от блока питания.

    Типы шумов и их влияние на работу усилителя

    Шумы в блоке питания усилителя могут быть разного типа и иметь различное влияние на его работу. Важно понимать, какие типы шумов существуют и как они могут повлиять на качество звука.

    1. Высокочастотные шумы

    Высокочастотные шумы обычно связаны с нестабильной работой блока питания. Они могут возникать из-за проблем с регулировкой напряжения или дребезга контактов. Эти шумы чаще всего проявляются в виде треска или шипения в звуковом сигнале.

    2. Низкочастотные шумы

    Низкочастотные шумы могут быть вызваны различными причинами, например, гудением трансформаторов или резонансными колебаниями внутри блока питания. Эти шумы могут передаваться на звуковой сигнал и приводить к искажениям звука.

    3. Шумы переменного тока

    Шумы переменного тока могут возникать из-за нестабильности в поступающем питании или из-за электромагнитных помех. Они обычно проявляются в виде шумового фона или помех в звуковом сигнале. Для борьбы с этими шумами можно использовать фильтры переменного тока или защитные экраны.

    4. Шумы постоянного тока

    Шумы постоянного тока могут возникать из-за проблем с регулировкой рабочего напряжения или из-за неправильной гальванической развязки. Они могут вызвать искажения звука и потреблять больше энергии. Для устранения этих шумов может потребоваться установка стабилизатора постоянного тока.

    Все эти типы шумов могут негативно влиять на работу усилителя и качество звука. Поэтому важно заранее ознакомиться с характеристиками блока питания и провести соответствующие проверки перед приобретением или использованием усилителя.

    Инструменты для измерения шумов

    Для измерения шумов блока питания усилителя существует несколько основных инструментов, позволяющих получить точные и надежные данные. Рассмотрим некоторые из них:

    1. Шумомер – это специализированное устройство, предназначенное для измерения уровня звукового давления или шума. Шумомеры обычно имеют несколько режимов работы и могут измерять различные параметры шума, включая амплитуду, частоту и длительность. Для измерения шумов блока питания усилителя рекомендуется использовать шумомер с высокой чувствительностью и широким диапазоном частот.
    2. Спектроанализатор – это устройство, которое позволяет анализировать спектр звукового сигнала и определять его частотный состав. Спектроанализатор позволяет увидеть частотные компоненты сигнала и оценить их амплитуду. Для измерения шумов блока питания усилителя рекомендуется использовать спектроанализатор с высоким разрешением и широким диапазоном частот.
    3. Осциллограф – это устройство, позволяющее визуализировать форму и динамику электрического сигнала. Осциллограф позволяет измерять амплитуду, частоту и другие параметры сигнала. Для измерения шумов блока питания усилителя рекомендуется использовать осциллограф с высокой чувствительностью и высоким разрешением.

    Более точные результаты могут быть получены путем использования нескольких инструментов одновременно. Например, можно использовать шумомер и спектроанализатор для получения полной картины уровня шумов блока питания усилителя.

    Преимущества и недостатки инструментов для измерения шумов

    • Простота использования
    • Высокая чувствительность
    • Широкий диапазон частот
    • Не всегда точные результаты
    • Влияние окружающего шума
    • Точные результаты
    • Высокое разрешение
    • Широкий диапазон частот
    • Сложность использования
    • Высокая стоимость
    • Визуализация сигнала
    • Высокое разрешение
    • Высокая чувствительность
    • Сложность использования
    • Высокая стоимость

    Выбор инструмента для измерения шумов блока питания усилителя зависит от требуемой точности и доступности инструмента. Важно также учитывать возможные ограничения и влияние окружающей среды на результаты измерений.

    Использование осциллографа для измерения шумов

    Осциллографы широко используются для измерения и анализа различных сигналов, включая шумы в электрических схемах. Измерение шумов блока питания усилителя можно осуществить с помощью осциллографа с использованием определенных приемов и настроек.

    Для измерения шумов с помощью осциллографа необходимо выполнить следующие шаги:

    1. Подключите осциллограф к выходу блока питания усилителя. Для этого нужно подключить между выходом блока питания и землей осциллографа шунтовый резистор с низким сопротивлением и высокой частотой.
    2. Настройте осциллограф на режим работы AC (переменный ток), чтобы исключить влияние постоянного напряжения.
    3. Установите время обзора (time/div) так, чтобы видеть достаточное количество периодов шумового сигнала.
    4. Установите уровень чувствительности (vertical/div) таким образом, чтобы шумовой сигнал занимал большую часть вертикального масштаба.
    5. Отключите все другие источники шумов, чтобы не искажать результаты измерений.
    6. Запустите осциллограф и измерьте шумовой сигнал.

    Результаты измерений шума можно представить в виде графика амплитуды шумового сигнала в зависимости от времени. На графике можно оценить уровень шума в различных состояниях блока питания и провести сравнительный анализ разных усилителей.

    При использовании осциллографа для измерения шумов важно учитывать такие факторы, как заземление, качество подключения, настройки осциллографа и другие. Неправильные настройки или несоответствующие условия могут привести к искажению результатов измерений и ошибочным выводам.

    Для более точных измерений и анализа шумовых характеристик блока питания усилителя рекомендуется проконсультироваться с профессионалами в данной области или использовать специализированные инструменты и оборудование.

    Использование спектроанализатора для измерения шумов

    Одним из основных способов измерения шумов блока питания усилителя является использование спектроанализатора. Спектроанализатор – это устройство, которое позволяет анализировать спектр частот сигнала и определять наличие и уровень шумов.

    Для измерения шумов с помощью спектроанализатора необходимо выполнить следующие шаги:

    1. Подключите блок питания усилителя к спектроанализатору с помощью соответствующих кабелей и разъемов.
    2. Установите настройки спектроанализатора в соответствии с требуемыми параметрами измерения. Например, можно установить частотный диапазон и разрешение анализа.
    3. Включите блок питания усилителя и запустите измерение на спектроанализаторе.
    4. Анализируйте результаты измерения. На спектроанализаторе можно увидеть график зависимости уровня шумов от частоты. Также можно вычислить средний уровень шумов и их спектральную плотность.

    При работе с спектроанализатором стоит учитывать следующие рекомендации:

    • Установите правильные параметры измерения. Выберите подходящий частотный диапазон и разрешение, чтобы увидеть нужные детали графика.
    • Убедитесь, что блок питания усилителя работает на стабильной нагрузке. У нестабильной нагрузки может быть влияние на уровень шумов.
    • Избегайте воздействия внешних источников шума на измеряемый сигнал. Неправильное экранирование или близость к другим электронным устройствам может вызвать искажения результатов.
    • При необходимости повторите измерение несколько раз и усредните результаты для получения более точной информации.

    Использование спектроанализатора для измерения шумов блока питания усилителя является эффективным способом получения точных и надежных данных о шумах. Это позволяет анализировать и сравнивать различные устройства и выбрать наиболее подходящий для конкретных требований.

    Использование аудиоанализатора для измерения шумов

    Аудиоанализатор – это специальное устройство, которое используется для измерения различных параметров звукового сигнала. В контексте измерения шумов блока питания усилителя, аудиоанализатор может быть полезным инструментом для определения уровня шума и его частотных характеристик.

    Для использования аудиоанализатора в процессе измерения шумов блока питания усилителя, необходимо выполнить следующие шаги:

    1. Подключите аудиоанализатор к аудиосигналу: Сначала необходимо подключить аудиоанализатор к выходу блока питания усилителя. Обычно, это выполняется с помощью разъемов или кабелей, которые поставляются в комплекте с аудиоанализатором.
    2. Проведите калибровку аудиоанализатора: Перед началом измерений, рекомендуется провести калибровку аудиоанализатора. Калибровка позволяет установить точные значения уровня шума для определенных частот и частотных полос.
    3. Запустите измерение: После подключения и калибровки, запустите аудиоанализатор и начните измерение шумов блока питания усилителя. Аудиоанализатор будет анализировать входной аудиосигнал и отображать его уровень шума и частотные характеристики.
    4. Анализируйте результаты: После завершения измерения, анализируйте результаты, которые предоставляет аудиоанализатор. Обычно, аудиоанализатор выводит данные о уровне шума в децибелах (dB) и частотные характеристики шумов. Используйте эти данные для оценки качества работы блока питания усилителя.

    Использование аудиоанализатора для измерения шумов блока питания усилителя является эффективным методом получения объективной информации о уровне шума и его частотных характеристиках. Это позволяет производить точные и надежные измерения, а также анализировать результаты для принятия решений по оптимизации работы усилителя.

    Рекомендации по измерению шумов блока питания

    Измерение шумов блока питания является важной процедурой при оценке качества аудиоусилителей. Шумы в блоке питания могут оказывать негативное влияние на качество звука, поэтому необходимо иметь возможность их измерять и анализировать.

    Для измерения шумов блока питания рекомендуется использовать специализированное оборудование, такое как спектроанализатор или осциллограф. Это позволит точно и объективно измерить уровень шумов и определить их характеристики.

    Для проведения измерений рекомендуется выполнить следующие шаги:

    1. Определить частотный диапазон, в котором будет осуществляться измерение шумов. Для большинства аудиоусилителей рекомендуется выбирать частотный диапазон от 20 Гц до 20 кГц, так как это диапазон воспроизводимых человеком звуков.
    2. Подключить спектроанализатор или осциллограф к блоку питания усилителя. Для этого необходимо использовать специальные измерительные провода, предназначенные для работы с высокочастотными сигналами.
    3. Настроить спектроанализатор или осциллограф на измерение шумов. Для этого необходимо выбрать режим измерения шума, указать частотный диапазон и уровень измерения.
    4. Запустить измерение шумов и дождаться завершения процесса. Во время измерений рекомендуется убедиться, что не происходит никаких внешних воздействий на блок питания, так как это может повлиять на точность результатов.
    5. Измерить уровень шумов и проанализировать полученные данные. Обратите внимание на пиковые и средние значения шумов, а также на их частотный спектр. Сравните полученные данные с допустимыми нормами для данного типа усилителя и примите соответствующие меры, если уровень шумов превышает допустимые значения.

    Измерение шумов блока питания является одним из важных этапов при оценке качества аудиоусилителя. Следуя рекомендациям и используя специализированное оборудование, вы сможете точно и объективно измерить шумы блока питания и принять необходимые меры для их устранения.

    Некоторые примеры измерений и анализа шумов блоков питания усилителей

    Измерение уровня шума блока питания усилителя является важным шагом при разработке и тестировании устройства. Шумы в блоке питания могут оказывать влияние на работу самого усилителя и, соответственно, на качество воспроизведения звука.

    Одним из основных способов измерения шумов является использование спектроанализатора. Для этого необходимо подключить выход блока питания к входу спектроанализатора и провести измерение. Полученные результаты можно представить в виде спектра частот, на котором будет видно, на каких частотах наиболее выражены шумы.

    Также можно провести измерение с помощью осциллографа, подключив его к блоку питания и анализируя полученный сигнал. В этом случае можно увидеть форму сигнала, его амплитуду и возможные искажения, которые могут вызвать шумы.

    Другой способ измерения шумов состоит в использовании специального прибора — аудиоанализатора. Он позволяет более детально анализировать звуковой сигнал и искать наиболее проблемные участки спектра.

    При анализе и сравнении результатов измерений разных блоков питания можно составить таблицу с показателями шумов на различных частотах. Такая таблица поможет выбрать наиболее подходящий блок питания для конкретной задачи.

    Важно отметить, что результаты измерений могут зависеть от множества факторов, таких как качество самого блока питания, его дизайн, ограничения внешних помех и т. д. Поэтому рекомендуется проводить измерения в контролируемых условиях и сравнивать результаты с установленными нормами и стандартами шумоизмерения.

    Вопрос-ответ

    Какой метод измерения шумов блока питания усилителя можно считать наиболее точным?

    Наиболее точным методом измерения шумов блока питания усилителя можно считать использование спектрального анализатора. Он позволяет анализировать частотный спектр сигнала и выявлять наличие шумов на разных частотах. Данный метод является самым точным и позволяет получить полную информацию о шумах блока питания.

    Какие инструменты необходимы для измерения шумов блока питания усилителя?

    Для измерения шумов блока питания усилителя необходимы спектральный анализатор, осциллограф, мультиметр и нагрузочное сопротивление. Спектральный анализатор используется для анализа частотного спектра сигнала и выявления шумов. Осциллограф позволяет анализировать форму сигнала, а мультиметр — измерять напряжение и ток. Нагрузочное сопротивление необходимо для проверки работы блока питания в реальных условиях.

    Какие рекомендации можно дать при измерении шумов блока питания усилителя?

    При измерении шумов блока питания усилителя рекомендуется проводить измерения в специально оборудованных помещениях с низким уровнем фоновых шумов. Также важно соблюдать все технические требования, указанные в инструкции к используемым приборам. Для получения более точных результатов рекомендуется провести несколько измерений и усреднить полученные данные.

    Какие могут быть причины шумов блока питания усилителя?

    Причинами шумов блока питания усилителя могут быть различные электрические помехи, такие как электромагнитные излучения, пульсации напряжения и проблемы соединений. Также шумы могут возникать из-за некачественных компонентов в блоке питания или из-за неправильной конструкции устройства. Для определения причин шумов необходимо провести комплексное измерение и анализировать полученные данные.

    Какие специальные программы можно использовать для измерения шумов блока питания усилителя?

    Для измерения шумов блока питания усилителя можно использовать специальные программы, такие как SoundCheck или ARTA. Эти программы позволяют анализировать звуковое давление и частотный спектр сигнала, а также проводить различные тесты и измерения. Они имеют удобный интерфейс и позволяют получать точные результаты измерений.

    Похожие публикации:

    1. Как вытащить фото из заблокированного iphone
    2. Как проверить наушники hyperx на оригинальность
    3. Как проверить строку на наличие символов python
    4. Как убрать в корзину ненужное