Mesurer le bruit d'un signal

[invite97a50cbd]

Bonjour à tous,
Dans le cadre d'un exercice je cherche à mesurer à l'oscilloscope le bruit présent sur un signal analogique, digital et pwm, le plus fidèlement possible.
N'étant pas habitué à ce type de problématique, je vous fais part de mes recherches et de ma réflexion afin d'avoir des retours dessus.


1) J'ai cherché à quantifier le bruit généré par mon dispositif de mesure pour le soustraire à ma mesure de bruit

En regardant la data de mon oscillo j'ai vu que le bruit RMS valait 150 uV + 8% du réglage V/div pour une utilisation de toute la bande passante de l'oscillo.
J'ai lu qu'une sonde passive était le meilleur choix pour mesurer un signal sans le bruiter d'avantage, je ne suis pas sur d'avoir compris pourquoi et je ne sais pas si il y a d'autres choses sur lesquelles il faut faire attention pour ce point.


2) La mesure du bruit en elle même

Lorsque l'on mesure seulement un signal de bruit j'ai lu qu'en utilisant la méthode de mesure "oscilloscopique tangentielle" (p18: http://www.ta-formation.com/acrobat-cours/bruit.pdf) , on pouvait mesurer plus précisément le bruit qu'en plaçant simplement des curseurs sur la partie non fluctuante du signal.
Seulement quand est-il lorsque le bruit à mesurer est présent sur un signal de type pwm ou analogique ? Cette méthode est-elle applicable ? Existe-il une méthode similaire ou une meilleure que les autres ?
J'avais pensé à mettre en voie 2 de l'oscillo un signal similaire à celui dont je veux déterminer le bruit, soustraire les deux signaux pour n'avoir que le bruit, puis doubler le signal résultant sur l'écran de l'oscillo pour enfin appliquer cette méthode oscilloscopique tangentielle.

Merci pour tout commentaire, pistes ou suggestions de lecture.

[jiherve]

Bonsoir
Le bruit sur une PWM sera essentiellement un bruit de phase donc dans le domaine fréquentiel, le jitter est estimable au moyen des curseurs temporels et une bonne synchronisation.
Le bruit sur un signal analogique sera un bruit d'amplitude.
le bruit sur un signal digital peut être les 2 voir diagramme de l'oeuil.
Il faut disposer d'un oscillo ad hoc pour faire des mesures car il y a de la FFT à faire.
JR

[Patrick_91]

Bonjour,

Le scope n'est pas l'outil idéal pour faire des mesures de bruit. Sauf compléter l'équipement par des filtres de bande aux fréquences d'intéret et de disposer d'un ampli log
cela sera acrobatique.
Il faut un analyseur de spectre . A quelle Fréquence travaillez vous , quelles amplitudes de signaux quels types de signaux (periodiques ou autres ?).
A plus

[invite97a50cbd]

Bonjour, merci de vos réponses.
Je n'avais pas pensé au bruit en fréquence, merci.

Je dispose seulement d'un oscilloscope, en regardant sa doc j'ai vu qu'on pouvait faire de la FFT dessus. L'oscillo n'est pas idéal pour le bruit en amplitude et/ou celui de phase ?
Les signaux sont des PWM et des digitaux (0 à 12V pour les deux et allant du Hertz à la cinquantaine de KHz pour le PWM), et des analogiques de 0 à 5V environ.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Patrick_91]

Bonjour,

Oui les niveaux de bruit autour d'une porteuse (raie) varient avec la fréquence (cas du bruit de phase) et de plus les niveaux de bruit par rapport aux signaux sont si bas que pour travailelr il vous faut un ampli logarithmique faute de quoi vos mesures se cantonnerons dans une faible dynamique (10 dB grand maximum).

La fonction FFT peut certainement vous apporter un début de bonnes réponses si les filtres (numériques dans ce cas) et la vitesse échantillonnage vous permettent d'obtenir la résolution suffisante permettant d'observer les variations de bruit au pied des porteuses . Vu vos fréquences de travail LA FFT est en effet préférable à l'analyse spectrale a balayage.
a plus

[invite97a50cbd]

Bonjour,

Dans mes tentatives de mesures d'un bruit en amplitude, bruit produit grâce à la fonction dédiée d'un générateur, j'ai constaté que le RMS mesuré par mon oscilloscope était systématiquement le double de celui réglé sur le générateur.
Parfois j'ai constaté, en générant des signaux périodiques, que l'oscilloscope superposait au signal généré un signal périodique similaire déphasé. Peut être qu'un second signal similaire à celui que je mesure est systématiquement rajouté, faussant mes mesures ? Mais dans ce cas le RMS devrait être multiplié par √2 et non multiplié par 2 je pense.

Auriez vous une idée de la raison ?
Quand je pourrais j'essaierai d'utiliser un autre générateur et oscilloscope pour voir.

[Patrick_91]

Hello
Oh quelle est la manip, exactement (génération du signal)
Quel est le moyen de mesure ? le scope ? une fonction RMS toute faite ?
A plus

[invite97a50cbd]

Bonjour,

Mon générateur est un Hewlett Packard 33120A : http://www.libertytest.com/assetmana...126-33120a.pdf
En fouillant dans cette doc j'ai vu que la fonction de bruit génère un bruit blanc de bande passante 10MHz.

Je n'ai pas de câble coaxial pouvant relier directement le scope au géné. Donc je branche l'extrémité d'un câble au générateur et je viens mettre ma sonde sur l'autre extrémité (qui est composée d'un câble pour le signal et d'un autre pour la masse). J'utilise la fonction de mesure RMS de mon oscillo. Je n'ai pas trouvé la manière dont cette mesure est faite dans la doc.

[Patrick_91]

Bonjour,

Oui mais quel niveau de bruit blanc , quelle est la bande passante du scope ? description de la manip c'est une mesure en fonction de la Fréquence ou du temps ?
A plus

[invite97a50cbd]

Le bruit blanc est de l'ordre de la dizaine de mVrms. La bande passante de mon oscillo est 350MHz. Je trace le signal en fonction du temps.

[Patrick_91]

Bonjour,

mettons 10 mV sur une bande de 10 MHz .... impédance du générateur 50 Ohms ?

Que voulez vous mesurer ?? au scope ??
Faut passer en mode FFT et faire une mesure du niveau de bruit au milieu de la bande (5 Mhz) et avec un filtre de largeur connue (300 kHz ou 1 MHz par exemple )
en supposant la même impédance (50 Ohms).
Il faut calculer la densité spectrale du bruit en dBm/Hz (puissance/Hz en mW ou µW/Hz ) que sort le générateur de Bruit ou dBm / MHz.
En principe le niveau de bruit est égal à KTB .: Pb (W/Hz ou mW/Hz ou µW/Hz) = KTB
K = Contante de Boltzman
T= Température en degrés K (prenez 300 K)
B= Bande passante en HZ

Avec un analyseur de spectre correct vous devriez retomber sur la densité spectrale que sort le générateur si vous tenez compte de la bande passante de mesure , qu'il vous faut ramener au Hz par le calcul , ou au MHz si vous disposez d'un filtre de 1 MHz ... cela fait moins de calcul.
Pour résumer, ces mesure se font avec un analyseur de spectre, ou alors avec un appareil de mesure RMS dont la bande passante est tres inférieure au spectre du bruit que vous voulez mesurer.(votre scope ayant une largeur de bande de 350 MHz cela n'ira pas).
A plus

[Patrick_91]

Hello ,

En principe le niveau de bruit est égal à KTB .: Pb (W/Hz ou mW/Hz ou µW/Hz) = KTB
K = Contante de Boltzman
T= Température en degrés K (prenez 300 K)
B= Bande passante en HZ

Faut lire bien sur :
En principe le niveau de bruit de fond Thermique est égal à KTB .: Pb (W/Hz ou mW/Hz ou µW/Hz) = KTB
K = Contante de Boltzman

cela permet de comparer la densité de bruit générée par le générateur BF .. avec le bruit thermique naturel.
A plus

[invite97a50cbd]

Je ne savais pas qu'il fallait faire tout ça !

"Faut passer en mode FFT et faire une mesure du niveau de bruit au milieu de la bande (5 Mhz) et avec un filtre de largeur connue (300 kHz ou 1 MHz par exemple )
en supposant la même impédance (50 Ohms)"

A quoi sert ce filtre ?

"Pour résumer, ces mesure se font avec un analyseur de spectre, ou alors avec un appareil de mesure RMS dont la bande passante est très inférieure au spectre du bruit que vous voulez mesurer.(votre scope ayant une largeur de bande de 350 MHz cela n'ira pas)."

Je ne comprend pas pourquoi il faut que la bande passante de l'appareil soit inférieure à celle du bruit ?
Le bruit mesuré dépend du rapport entre les deux ? Comment ?
Du coup comment faire pour mesurer un bruit dont on ne connais pas à priori la bande passante ? On la connaîtra en passant en mode FFT ?