Las mediciones de ruido ADC dan una distribución bimodal (doble joroba) en los valores de salida

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He diseñado un circuito de medición de corriente que mide el voltaje a través de una resistencia de derivación. La tensión se mide básicamente con un amplificador de instrumentación y la salida está conectada a las entradas de un convertidor de analógico a digital de 18 bits.

Para tener una idea de cuánto ruido hay en las muestras, hice que el ADC convirtiera muchas muestras (65536 muestras para ser precisas) cuando no fluye corriente a través de la resistencia. Esperaba que la distribución de las muestras fuera como una distribución normal. Sin embargo, el resultado se veía así (figura 1):

Lamediaes131085(cercade131072,queeslamitaddelrangodeescalacompleta),porloqueestábien(losamplificadoresdeinterfaztienenerroresdecompensación,etc.).Peroladesviaciónestándaresde22.05quenoesmuybuena.Lopeoresqueladistribucióntienedosjorobas(descubríqueestosellamadistribuciónbimodal).Nosoydeningunamaneraunexpertoenestadísticasymegustaríasaberdesdeunpuntodevistamás"electrónico", ¿qué podría causar esta distribución? ¿Filtración inadecuada? ¿Corrientes de polarización en las entradas del amplificador de instrumentación?

El circuito es parte de un circuito más grande que también incluye una interfaz de medición de voltaje. Esta interfaz utiliza el mismo ADC y el mismo buen diseño de PCB, y ambos ADC tienen el búfer y el filtrado adecuados del voltaje de referencia. Hice un experimento similar con este circuito muy similar, y el resultado es más de lo que esperaba (figura 2):

Enestecaso,lamediaes131090yladesviaciónestándares2.52837.Muchomejor.

Laúnicadiferenciarealenlosdoscircuitosseríaelamplificadordeinstrumentaciónenelcircuitodemedicióndecorrientequenoestápresenteenelcircuitodemedicióndevoltaje.Elamplificadoresunamplificadordeinstrumentaciónregularbasadoen3unidades,configuradoconunagananciadevoltajede10.¿Podríaserestalafuentedeladistribución"extraña"? La distribución parece bastante simétrica aunque es bimodal. Me temo que el filtrado solo reducirá la desviación pero mantendrá la forma de la distribución.

¿Esto es normal con los amplificadores de instrumentación o el problema podría estar en otra parte?

Gracias de antemano por cualquier idea sobre lo que podría estar mal.

(Por cierto, no voy a publicar ningún esquema, ya que se trata de una pregunta más general y espero que las ideas sobre dónde podría estar el problema, no una solución completa. Gracias :-)

    
pregunta pvh1987

2 respuestas

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¿A qué tipo de fuente de voltaje está conectada su resistencia? Mi primera suposición sería que la fuente de su resistencia tiene una señal de onda cuadrada presente.

¿Está desconectando correctamente su fuente de alimentación? ¿La fuente de alimentación es la misma en los dos experimentos que describió?

Tal vez su amplificador de instrumentación no tenga un buen rechazo de ruido en la fuente de alimentación.

¿Cuál es la referencia de voltaje de su ADC?

¿Tienes acceso a un osciloscopio? Sería interesante observar la salida de su amplificador operacional de instrumentación para ver si hay algún ruido en la señal.

¿Ha intentado cambiar el nivel de voltaje (a algo diferente a la mitad del suministro)? Eso no debería cambiar tus resultados, pero si lo hiciera sería interesante y sería una información muy útil.

Entiendo que no vas a publicar ningún esquema; Estoy totalmente en desacuerdo con la decisión.

Editar:

Suba la ganancia de su amplificador de instrumentación. Si ve una distribución más amplia , esto podría implicar que la señal bimodal está ingresando a su medida antes o en su amplificador de instrumentación. Si no ve un cambio en la distribución, puede concluir que el error es ingresar su medida en o después de el amplificador.

    
respondido por el Ryan Jensen
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Algunas causas posibles.

  1. un problema de lectura. Por ejemplo, una lectura de bits aleatoriamente debido a que no está conectada correctamente, un intercambio de bits en el cableado del ADC o un problema de temporización en una interfaz en serie que causa lecturas mixtas ocasionales de un bit en particular. Si tus picos están separados por una potencia de 2, estaría sospechando esto.
  2. una señal de interferencia no aleatoria en el lado analógico. Podría ser interesante mirar una gráfica de tiempo de las muestras o incluso hacer una transformada de Fourier y mirar una gráfica de frecuencia.
  3. un ADC defectuoso.
respondido por el Peter Green

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