高位表的噪声问题

haixian

高位表的噪声问题
高位表，例如7.5位，8.5位表的噪声我们常常用输入端短路的方式来测定。这是不合理的。因为短路时，表的参考源所贡献的噪声没
有计入。这在一般的测试中没有问题，因为太小了，可以忽略不计。但是在有些测试中是必须考虑的。例如用HP3458A测试和评估标
准源的噪声时。这时，标准源的噪声低于甚至远低于HP3458A的参考源噪声。测试的结果更多的是反映了万用表本身的参考源的噪声
。我们就有必要考虑HP3458A参考源所带来的噪声。测试方法可以这样考虑。（1）测试短路噪声；（2）用电池（这里假设电池噪声
为0）测试出某个电压下的噪声；这个噪声与短路噪声按均方根关系，可以计算出参考源的噪声。（3）按线性关系推导到待测标准源
电压的噪声；（4）测试并计算出标准源的噪声。我们也可以测试标准源0.1-10HZ的噪声，反算出HP3458A的参考源噪声。
由于本人即没有标准源，又没有8.5位表，无法验证上述推导。如有错误，恳请指正。

lllaaa

因为短路时，表的参考源所贡献的噪声没

这是为啥，又不是短路的参考源。难道测0v的时候不需要参考源么？

xuplastic

此话怎讲？

因为短路时，表的参考源所贡献的噪声没有计入。

wgsd

测电池？电池用手一摸（一加温），表跳的更欢。

longshort

高位表输入端短路，输出的显示数据会不包含基准源的噪声？按这种说法，若被测源的内阻极小，小到可以与短路线的电阻相比拟，那么测试的输出数据中也就不包含基准源的噪声了？
高位表输入端短路所测出的噪声，包含的是模拟前级、模拟信号路径上相关的无源器件、量化过程，以及作为量化过程所必须进行对照的基准源的噪声矢量和。若基准源本身有起伏，那么量化结果也会同步起伏，这个结果会直接向显示输出，这是一个不受软件控制的结果。

haixian

短路时不包括基准源噪声的原因不是内阻小，而是测试值接近零。当基准源误差为10%时，测试值误差也是10%，测量值越小，误差的绝对值越小。当测量值为0时，误差自然为零。零附件由基准源误差和噪声引起的噪声也可以忽略。所以短路时只有前级放大器的噪声和ADC本身的噪声。我说用电池来校准，主要是电池的噪声可以忽略不计，不是内阻低。当然要用标准电池最好。

xuplastic

haixian 发表于 2014-10-14 19:57
短路时不包括基准源噪声的原因不是内阻小，而是测试值接近零。当基准源误差为10%时，测试值误差也是10%，测 ...

表内部基准的噪音难道不是体现在AD的噪音？

还有你那个10%。。测试误差的10%什么的有点丈二和尚摸不着头脑，噪音与误差不是一个概念

你可能有一个误区，认为输入电压为0时，表内部的基准属于“不工作的状态”，输入电压为10%下，表内基准也输入10%，其实类似3458A这种积分型ADC，为了保证线性度，特意设计成不论在何种输入情况下，基准注入电流的总时间和强度是一样的，唯一变化的就是注入的是负电荷还是正电荷，所以即使在零输入下，表内基准一样在注入电荷，只是正负电荷数量相同，抵消罢了。不是你认为的零输入下基准就不注入电荷。

用零输入去衡量一台表的噪音确实不严谨，但是我个人认为没有那么大差距，有待高手测试

shichen717

ADC有一个表象公式，D=Vin/Vref*(2^N-1)，楼主根据这个公式得到Vin=0时D与Vref无关。

但ADC本质上是一系列比较器。
任何形式的ADC，无论ΔΣ、双积分、多积分还是流水线，其最本质的模型仍然是逐次比较（逐次逼近SAR），换言之，这些形式是在不同应用场合下逐次比较型ADC的表现形式，例如低速高分辨率，或者高速低分辨率，而逐次比较（逐次逼近SAR）恰恰是中速中等分辨率。

逐次比较的意义在于Vin与Vref的1/2^n（n=0、1、2...N）逐次比较，当n接近N时，即接近ADC的最高分辨率时，ADC呈现出量化噪声，此时要求Vref的噪声不能高过此量化噪声，且与ADC本身量化噪声的叠加值不能高于1/2LSB，这是ADC的表象公式D=Vin/Vref*(2^N-1)成立的条件。

当Vref的噪声与ADC的量化噪声的叠加值高于1/2LSB时，表象公式不成立，即使Vin=0，输出的D也不会是0，而是呈现出Vref噪声与ADC噪声的叠加。
例如24位ΣΔADC的有效分辨率通常只有19.5位，剩余的4.5位都是叠加噪声。

表的位数越高，其ADC在一定带宽下的量化噪声越低，从而保证表呈现出更高的有效分辨率，此时对于Vref的处理也需更谨慎。
对于3458A这样的表，其内部的Vref的噪声在10PLC下确实无法达到0.01ppm（0.1μV），并可能与10PLC下ADC的量化噪声可比，甚至更高，同时量化噪声也远高于半个字（0.5e-8）。此时Vin=0时测量得到的噪声为ADC量化噪声和Vref噪声的叠加。

当然，对于位数低于6位半的表，例如5位半，在相同带宽下，通常Vref噪声均可以低于ADC量化噪声，输入短路时测量到的就是不同带宽（测量速度）下ADC自身的量化噪声。

综上，输入短路测量表的噪声在理论上没有问题，测量结果为ADC量化噪声、基准噪声以及调理电路噪声的叠加值，即表的噪声。

mercyau

shichen717 发表于 2014-10-15 00:09
ADC有一个表象公式，D=Vin/Vref*(2^N-1)，楼主根据这个公式得到Vin=0时D与Vref无关。

但ADC本质上是一系 ...

史总不是只做高斯计产品那么简单吧。嘻嘻嘻。

a-fly

shichen717 发表于 2014-10-15 00:09
ADC有一个表象公式，D=Vin/Vref*(2^N-1)，楼主根据这个公式得到Vin=0时D与Vref无关。

但ADC本质上是一系 ...

对于像3458A、34401A这类采用积分型ADC的机器，ADC使用了正负参考，而负参考是正参考的反。
在“0”输入时，正负参考注入到积分器的电荷相等，而且，由于正负参考的切换是高速的（34401A好像是200kHz左右，3458A则更高，这个过程可以看作是对噪声的采样），
通过积分后，这些噪声被正负抵消了。
其简单计算公式应为：Vin = (Vp * Tp) + (Vn * (Tt - Tp)) / Tt，
式中：
Vp为正参考；
Vn为负参考，且Vn=-Vp；
Tp为正参考积分积分时间；
Tt为总积分时间；

假设Vin接近于0，则Tp应接近0.5 Tt，那么Vp的变化量对结果的贡献将非常小。

a-fly

而且实践证明，34401A在DC10V时，无论在Fs还是0，其噪声均低于其参考LM399的噪声，而零位噪声更明显低于Fs噪声。

shichen717

a-fly 发表于 2014-10-16 08:41
对于像3458A、34401A这类采用积分型ADC的机器，ADC使用了正负参考，而负参考是正参考的反。
在“0”输入 ...

Vref的可以噪声被调制到高频率并通过低通滤波器（积分器）去除，但ADC本身的量化噪声和其中使用器件的噪声无法去除。

事实上多积分ADC并不是严格的VFC，而是SVFC，即正基准时间与负基准时间在一个积分周期内相等并不意味着对基准的单一频率调制，占空比并非标准的50%。

shichen717

a-fly 发表于 2014-10-16 08:47
而且实践证明，34401A在DC10V时，无论在Fs还是0，其噪声均低于其参考LM399的噪声，而零位噪声更明显低于Fs ...

要看34401的测量速度，只要测量速度足够慢，任何ADC都能达到很低的量化噪声，但并不一定实用。
34401估计是最慢的号称6位半的台式表，其ADC性能并不好。

shichen717

mercyau 发表于 2014-10-15 08:14
史总不是只做高斯计产品那么简单吧。嘻嘻嘻。

高斯计要出数很简单，要做好很复杂，并不比万用表省事