本帖最后由 lymex 于 2011-7-10 08:26 编辑
26、如何测试低频噪声
低频噪声一般指0.1Hz到10Hz范围内的噪声，这个频段的噪声对常见的测试测量有很大的影响。
传统测试运放、基准等的噪声，是用运放接成100倍或1000倍的放大电路，滤波后用示波器观察10秒，这样就可以得到噪声曲线，求得峰峰值等，以下两图分别来自运放OP07和LT1001：
当然，如果信号能够采集下来，那我们就可以直接计算了，无论是电压信号还是电流信号。不过，由于采样频率的限制和与日常观察的习惯保持一致，往往我们更希望能看更低的频率和更长的时间，所以一般不是每秒采样10次、采集10秒，而是每秒采集一次，采集很多，然后找到有代表性的100个数据进行计算。计算方法大体有三种：
A、求峰峰值。对于采集下来的数据这个很容易，就是求一下最大值，再减去最小值即可。只取100个连续采集值与99%的法则相符（可以认为1%是粗大误差被剔除的）。这种方法简单，但偶然性大一些，毕竟结果只是两个单点测试之差。
B、求标准差。标准差在Excel里的表达为stdev()，也叫均方差，公式是：
由于绝大多数噪声信号都是高斯概率密度函数（正态分布），因此标准差就是噪声的有效值（rms值）。
由于每一个测试结果对标准差都有贡献，因此标准差就比较全面的反映了全体测试值的综合结果。另外，有效值与峰峰值，一般是5到6倍的差异，吉时利在其低电平手册里采用5倍。我在47楼的附件表格里，就是用这样的计算方法得到0.29fA噪声的。
C、求阿伦方差。缓慢变化的信号可认为不是传统的噪声（例如温漂和热电动势的影响），至少不在0.1Hz到10Hz的频谱之内，在传统的硬件观察中，由于有滤波的作用排除了缓慢变化信号，但数字采集后这种缓慢的变化会干扰标准差的计算。此时采用阿伦方差就可以排除缓慢变化的影响。当一组数据没有缓慢变化的现象时，标准差和阿伦方差的计算结果是吻合的。标准差的计算涉及到每一个值与平均值的差异的平方和，而阿伦的方差是计算相邻值的差的平方和，因此才可以排除缓慢变化信号的干扰。
最后，噪声的合成，并非直接相加，而是各噪声平方后相加，再开方。例如3uV的噪声与4uV的噪声叠加后不是7uV，而是5uV。无论采集还是直接观察，可能会引入测试仪器和采集器本身的噪声，可以通过自测零点噪声的办法，利用这种合成公式，把本底噪声减去。
|
楼主
