Inferir el rendimiento de CC de una hoja de datos de Sigma Delta ADC ruido cifras de piso

Ciertamente, has comenzado a buscar en los lugares correctos y estás haciendo observaciones sensatas, pero el mundo de la interpretación de las especificaciones de ADC y el desempeño en el mundo real necesita algo de experiencia.

Mirando la hoja de datos FFT presentada, el espolón de -80dBc es claramente un armónico de los 50Hz fundamentales que se miden. Está en la frecuencia correcta y bien fuera del piso de ruido. Esto no estará presente al medir DC.

Más relevante es el piso de ruido, que se muestra a un nivel alrededor de -100dBc, pero esto requiere un manejo cuidadoso. El -100 es la cantidad de energía en cada bandeja FFT, sin embargo, como no se nos dice la longitud de la FFT o (de manera equivalente) su ancho de banda de ruido, eso no tiene sentido. Lo que sí tenemos son las cifras de resumen en la parte superior derecha del gráfico, que da una relación SNR (señal a ruido) de aproximadamente -74dBc. Esto significa que el ruido total integrado a través del ancho de banda de DC a 4kHz, excluyendo ese estímulo de 100Hz, es 74dB por debajo de la potencia fundamental de la escala completa. Eso es el doble del voltaje rms de una señal de -80dBc.

Si bien es relativamente fácil estimar el voltaje de una señal, es repetitivo, un pico a pico claro, e independiente del ancho de banda, no ocurre lo mismo con el ruido.

Su observación de aproximadamente 80 mV de ruido es difícil de usar, en dos aspectos. El primero, el pico a pico del ruido está mal definido, y el ruido eficaz es difícil de estimar a simple vista. El segundo, ¿cuál es el ancho de banda del ruido? Esto es aún más difícil de estimar. Mientras que un ramal es independiente del ancho de banda, la potencia de ruido tiene una densidad por ancho de banda.

Si asumimos que estamos viendo una gráfica de las lecturas de 8k / s completas, o algunos puntos seleccionados de ellas, entonces el ancho de banda efectivo es de 4kHz y esperaría ver el ruido de -74dB completo. poder. Si está ocurriendo algún promedio, explícita o implícitamente, entonces menos.

En el contexto de su escalado, una cifra de -74dBc para el ruido sería un voltaje rms de alrededor de 100 mV.

La práctica habitual para las observaciones de DC es hacer un promedio de los puntos leídos. Esto reduce el ancho de banda de ruido, y por lo tanto reduce la potencia de ruido. A menudo se dice que un promedio de 2 lecturas da una mejora de 3dB en SNR. Esto es cierto mientras que el piso de ruido es plano.

Observe de cerca el piso de ruido en la FFT en el rango por debajo de 200Hz. El piso de ruido comienza a elevarse hacia DC. Esto es común entre todos los tipos de semiconductores. Lo que esto significa es que una vez que su filtrado haya excluido todo el ruido plano por encima de 200Hz, verá una mejora cada vez menor a medida que reduce el ancho de banda. El efecto que ve, puede interpretar como ruido 1 / f, o en escalas de tiempo más largas, deriva, en lugar de ruido agregado.

Los usuarios y fabricantes de sistemas operativos de bajo nivel de ruido destinados a aplicaciones de CC de precisión tienen dificultades para interpretar el ruido y la deriva de sus productos, ya menudo muestran gráficos de dominio de tiempo filtrados a un ancho de banda de 0,1 Hz a 10 Hz. Encuentre y lea algunas hojas de datos para este tipo de producto si está interesado.

Prefiero ver esto de manera un poco diferente, aunque al final, de manera equivalente. Cada ADC tiene una resolución, en bits. El número con el que me gusta trabajar es ENOB o número efectivo de bits. Cada ADC pierde bits efectivos, en el ideal, debido a la cuantización, y luego hay pérdidas de bits por encima y más allá de eso para el ruido.

Analog Devices tiene un gran documento sobre esto: enlace

Es fácil ir y venir entre SINAD y ENOB, por lo que tiene esto un poco escondido en su hoja de datos.

Esto puede ser bastante complicado para Sigma Delta debido a la formación de ruido, por lo que me gusta un tratamiento muy detallado en una hoja de datos. Hasta cierto punto, puede pensar en Sigma Delta como sobremuestreo y promediado, por lo que ENOB y la frecuencia de muestreo están relacionados. Consulte la hoja de datos del ADS1263 Sigma Delta ADC de 32 bits de TI, prestando mucha atención a la tabla 1, que le proporciona ENOB para todas las frecuencias de muestreo, todos los filtros internos que se pueden aplicar y todos los problemas relacionados con el amplificador de ganancia programable interno. Cuando tengas una especificación como esa, puedes

1. Mire la hoja de datos para determinar si las especificaciones satisfacen sus necesidades de manera directa, y

2. cuantifique su propio ruido después de la implementación, descubra cuántos bits cubre, mire su presupuesto de ruido en términos de pasivos y amplificación, y averigüe si está regalando bits de resolución por encima y más allá de las especificaciones .

Por supuesto, puede lograr esto con la hoja de datos de AD, pero me gusta verlo todo en blanco y negro.