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Mesure de bruit dans circuit analogique



  1. #1
    maindore

    Mesure de bruit dans circuit analogique


    ------

    Bonjour à tous,

    Voilà, la pratique et les mesures électroniques, c'est pas mon fort ^^

    Sauf qu'aujourd'hui, je suis forcé de m'y mettre.

    Du coup, j'ai oublié comment on mesure un rapport signal/bruit. Dans mes souvenirs, c'était à l'analyseur de spectre mais là, j'en ai pas sous la main.

    Donc, est-il possible de mesurer un rapport signal/bruit en faisant la FFT de mon signal, en regardant le niveau de plancher (qui correspondrait à mon niveau de bruit) ?

    Ou je dis n'importe quoi?

    Sinon, comment faire pour mesurer le signal/bruit sans analyseur de spectre?

    Merci pour vos retours.

    -----

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  3. #2
    f6bes

    Re : Mesure de bruit dans circuit analogique

    Bjr à toi, Ben tu compares ce que tu "entends/reçois" SANS signal à l'entrée ( ce n'est que du bruit.....inutile)
    et ce que tu "entends/mesure" avec un signal reçu ( et bruit avec). millivolmétre audio peut faire l'affaire.
    Bonne journée

  4. #3
    Antoane

    Re : Mesure de bruit dans circuit analogique

    Bonjour,

    La FFT peut faire l'affaire, mais il faut être sûr que le plancher de bruit correspond bien au bruit du signal incident, et non à celui de l'instrument : le SNR d'un signal numérisé avec n bits est à 6,02*n + 1,76dB... Sachant que c'est le nombre de bits effectifs de l'instrument qui compte, soit généralement autour de 6 pour un oscillo standard (vendu pour 8 bits) et autour de 7 à 9 pour un oscillo HD (vendu pour 12 bits).
    Tu peux donc regarder le plancher de bruit de l'instrument en n'y connectant rien à l'entrée, puis vérifier que ce plancher augmente (du fait du bruit du signal) lorsque tu envoies le signal utile. Bien spur, les deux mesures doivent être réalisées sur le même calibre

    Une solution pour faire descendre le plancher de bruit de l'instrument est d'augmenter la résolution verticale (en diminuant les V/div). Il ne faut cependant pas faire saturer l'oscilloscope... Pour cela, il peut être possible de retirer le signal utile pour ne mesurer que le bruit : par exemple à l'aide d'un filtre coupe-bande étroit. Cette étude peut même se faire avec un voltmètre : mesure du signal avec signal utile, puis mesure du signal sans signal utile (car filtré).

    Ben tu compares ce que tu "entends/reçois" SANS signal à l'entrée ( ce n'est que du bruit.....inutile)
    et ce que tu "entends/mesure" avec un signal reçu ( et bruit avec). millivolmétre audio peut faire l'affaire.
    Permet de mesurer le bruit de l'instrument.
    Dernière modification par Antoane ; 11/09/2019 à 10h28.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  5. #4
    calculair

    Re : Mesure de bruit dans circuit analogique

    Bonjour,

    Je me permets d'ajouter une précision :

    Il faut préciser la bande passante sans laquelle on mesure le bruit.

    Le bruit théorique inévitable est Pb° = K T B ou Pb est la puissance de bruit inévitable , T la température absolue et B la bande passante en Hz

    Le rapport Pb mesurée et Pb° est ce que l'on appelle le facteur de bruit ,F, souvent exprimé en dB. F = 10 log ( Pb /Pb°)

    Le rapport signal à bruit doit donc être mesurée dans une bande passante spécifiée et c'est en principe la bande passante du signal utile
    Dernière modification par calculair ; 11/09/2019 à 11h28.
    En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)

  6. #5
    calculair

    Re : Mesure de bruit dans circuit analogique

    Re bonjour

    J'ai oublié de préciser que K est la constante de Boltzmann = 1,38064852 × 10-23 m2 kg s-2 K-1
    En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    Vincent PETIT

    Re : Mesure de bruit dans circuit analogique

    Citation Envoyé par Antoane Voir le message
    Tu peux donc regarder le plancher de bruit de l'instrument en n'y connectant rien à l'entrée, [...]
    Je pense que tu voulais dire en mettant l'entrée à la masse ? En n'y connectant rien à l'entrée dans le sens 0V.

    Citation Envoyé par maindore
    Donc, est-il possible de mesurer un rapport signal/bruit en faisant la FFT de mon signal, en regardant le niveau de plancher (qui correspondrait à mon niveau de bruit) ?
    Oui en alimentant ton circuit analogique et en mettant toutes ces entrées à la masse, le signal de sortie sera entaché du bruit du circuit.

    Pour la mesure, il faut prendre un peu de précaution et parfois c'est pas si simple :
    - Alimente ton circuit analogique si possible avec une batterie ou avec un régulateur linéaire pour ne pas amener le bruit de l'alimentation dans le bruit du circuit.
    - Lors de la mesure place ton circuit dans une cage de Faraday, tu peux simplement faire comme Mc Gyver l'emballer dans de l'aluminium en faisant attention au court circuit.
    - Trouve dans la doc le plancher de bruit de l'appareil de mesure ou le déterminer avec ses entrées à la masse et la lecture de ce qu'il indique.
    - Trouve dans la doc la bande passante de l'appareil de mesure (oscillo, DMM, analyseur de spectre)
    - Faire attention aux unités de mesure, si tu mesures des VRMS ou des VPeak-Peak ou une puissance.
    - Avec un oscillo prendre une sonde x1 et enroule le fil de masse sur la sonde sinon ça peut ramasser la CEM.
    - Attention à la bande passante bien entendu.
    - Avec un DMM (multimètre numérique) tu peux mesurer directement des tensions VRMS
    - Si tu peux, croises les mesures de plusieurs instruments (DMM et Oscillo classique)
    - Avec un oscillo en mode DC tu peux avoir un aperçu du bruit 1/F (flicker) et en AC tu pourras estimer les bruits thermal / shot / burst

    Et là où j'ai un gros doute... je compte sur les copains pour me répondre
    Avec une caractérisation au DMM (genre Keithley 2100 ou équivalent) est ce qu'on peut simplement faire noiseRMS_plancher_DMM - noiseRMS_mesuré_circuit_analogique pour avoir que noiseRMS_réel_circuit_analogique ?
    Je crois que oui car ce n'est que lorsqu'on joue avec les densités de probabilité (en/√Hz) qu'on doit faire des sommes ou soustraction quadratique ?
    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

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  10. #7
    calculair

    Re : Mesure de bruit dans circuit analogique

    bonjour,

    Attention : Les tensions de bruit ne s'ajoute pas arhimetiquement. Le bruit étant normalement une tension aléatoire, il faut ajouter les bruits en puissance.

    Donc si tu as une puissance bruit B1 et une autre puissance de bruit B2 la puissance de bruit totale est B1 +B2

    En en tension sur la même charge R. on aura B1 = V1*V1 /R et. B2 = V2*V2 /R

    B1 + B2 =. (V1* V1 + V2*V2 ) /R

    La tension mesurée totale pour les 2 bruits est V = Racine ( V1*V1 + V2* V2 ).
    En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)

  11. #8
    Vincent PETIT

    Re : Mesure de bruit dans circuit analogique

    Merci l'ami
    Ok c'est donc bien une somme ou soustraction géométrique lorsqu'on manipule les tensions de bruit RMS.

    Donc avec un DMM True RMS, si on veut mesurer le plancher de bruit du circuit analogique sur la fréquence du DMM, il faut :
    - Mesurer la tension du plancher de bruit du DMM ou alors le trouver dans la doc (VNOISE_DMM_RMS)
    - Mesurer la tension du plancher de bruit du circuit analogique (VNOISE_CIRCUIT_ANA_RMS) avec le DMM.
    - Calculer la tension du plancher de bruit réel du circuit analogique = √(VNOISE_CIRCUIT_ANA_RMS2 - VNOISE_DMM_RMS2)


    Pour ce que j'ai écrit avec l'oscillo en mode DC (flicker noise) et AC (thermal/shot/burst noise) attention car ce sont des valeurs peak peak qu'on voit à l'oscillo.
    Pour avoir la valeur RMS tu fais VRMS = VPEAK-PEAK/6.6 en divisant par 6 on s'en approche aussi très fortement
    Annotation.png
    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

  12. #9
    bobflux

    Re : Mesure de bruit dans circuit analogique

    > Sinon, comment faire pour mesurer le signal/bruit sans analyseur de spectre?

    D'abord, tu veux mesurer quoi ? Le rapport signal/bruit d'un signal, ou bien c'est une erreur de vocabulaire et tu souhaites mesurer la quantité de bruit ajoutée par un circuit ?

    Si on est bien sur un
    rapport signal/bruit d'un signal, alors ça va dépendre du signal, et de la bande passante

    L'instrument à utiliser va dépendre des deux ! Déjà il faut qu'il gère la bande de fréquences qui t'intéresse (par exemple en BF une carte son de PC c'est bien, mais pas en HF), etc

    Ensuite, ça dépend du signal... car il faut mesurer la puissance du bruit et du signal séparément. Si le signal est un simple sinus, on peut faire la distinction avec une FFT ou un filtre. Mais si c'est un truc plus compliqué genre transmission numérique... non.

    En plus, il faut faire attention aux pièges à c....... par exemple tu as un générateur de signal, tu mesures la tension en sortie sans signal, et avec signal, tu calcules le SNR... et tu te plantes parce qu'en fait le générateur se coupe pour consommer moins quand tu coupes le signal, donc dans ce cas il ne fait aucun bruit !

  13. #10
    maindore

    Re : Mesure de bruit dans circuit analogique

    Bonjour et merci à tous pour vos retours.
    Je cherche à mesurer le SNR d'un signal analogique et également déterminer sa bande passante.
    C'est un montage transimpédance avec en source, un train d'impulsion laser.
    Je me demande si c'est possible de déterminer la bande passante également à l'oscilloscope en faisant la FFT du train d'impulsion et la FFT du signal en sortie, en comparant les deux, je pourrais reconstruire une sorte de "diagramme de Bode" ou c'est n'importe quoi?
    Merci

  14. #11
    calculair

    Re : Mesure de bruit dans circuit analogique

    Bonjour;

    Il faudrait que tu en dises un peu plus sur ta manip.

    En tous les cas si le signal sont des impulsions à priori la bande passante va dépendre du temps de monté des impulsions. ( si tu réduits la bande passante, les impulsions auront des temps de montées allongées et le bruit inévitable diminuera ( Pb = KTB ) et le bruit de tes amplis et instruments probablement aussi )

    Mais il faudrait en savoir un peu plus pour ne pas raconter des propositions qui ne répondent pas à ton souci de mesure.
    En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)

  15. #12
    Patrick_91

    Re : Mesure de bruit dans circuit analogique

    Bonjour,
    Pour faire des mesures de bruit (rapports signal/bruit et ou facteur de bruit) il faut connaitre avec précision la largeur de bande équivalente de bruit du dispositif de mesure et que celui ci mesure effectivement et avec une relative précision la puissance de bruit . Pour cela , un analyseur de spectre avec des filtres de résolution de forme connue et constante (gaussienne par exemple) permettra de connaitre la bande d'analyse correctement (voir spécifications) . Certains matériels donnent directement la densité spectrale en dBm/Hz ou W/Hz en corrigeant les niveaux mesurés via le filtre de mesure en donnant le résultat ramené à une bande de bruit idéale rectangulaire de 1Hz. (cas de beaucoup d'analyseurs de spectre RF moyens et hauts de gamme).
    Avec un scope bas de gamme et sa FFT vite fait, il faut oublier car les filtres en général sont de forme peu fiable et mal connus, Seuls les analyseurs (et scopes) FFT haut de gamme donneront des mesures correctes ..
    Bref , une manip sur table avec des composants discrets peut être mise sur pied mais il faut :
    Des filtres de bande dont la largeur de bande de bruit est connue (ou facile a calculer).
    Un mesureur de puissance de bruit étalonné
    Un ou plusieurs amplis faible bruit (LNA)
    Idéalement une source de bruit étalonnée en ENR ("excès noise ratio sur 50 Ohms") pour les mesures faible bruit en RF/Hyper.
    Je passe la flopée de charges, atténuateurs et adaptateurs en tous genre bien sur.
    Si on sait ce qu'on veut mesurer , c'est possible par divers moyens ...
    Le plus simple sera souvent l'analyseur de bruit, sorte d'analyseur de spectre à faible facteur de bruit, ce qui n'est pas forcément le cas d'un analyseur de spectre standard.
    A plus
    C'est l'étincelle qui a fait déborder le vase !

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  17. #13
    maindore

    Re : Mesure de bruit dans circuit analogique

    Bonjour à tous,

    Merci pour vos retours. J'avoue être un peu largué dans tous vos commentaires! Il faut que je m'y penche de plus près.

    Pour la question de la bande passante du système, je connais mon signal d'entrée, j'applique la FFT.

    Je mesure le signal de sortie et j'applique la FFT. Est-ce qu'en comparant les deux, je peux déduire la bande passante?

    J'ai fais les mesures mais je ne sais pas comment les exploitées...

    Par exemple, sur mon signal d'entrée, j'ai mesuré 47.2dBm/46.3dBm/58.3dBm/49.3dBm (ce qui correspond à 1ère/2ème/3ème/4ème harmonique) et j'ai mesuré en sortie 24.9dBm/35.4dBm/55.9dBm/53.3dBm.

    Mais je ne sais pas (ou plus ^^) comment tout relié. Pour info, la datasheet de mon scope

  18. #14
    calculair

    Re : Mesure de bruit dans circuit analogique

    Es tu sur de ces chiffres

    Cela correspond déjà à un signal puissant ( Plus de 10 W )

    Cela mérite des explications plus claires et une description précise de ta manip ..
    En science " Toute proposition est approximativement vraie " ( Pascal Engel)

  19. #15
    Patrick_91

    Re : Mesure de bruit dans circuit analogique

    Bonjour,
    Pour la question de la bande passante du système, je connais mon signal d'entrée, j'applique la FFT.

    Je mesure le signal de sortie et j'applique la FFT. Est-ce qu'en comparant les deux, je peux déduire la bande passante?
    On a un problème de vocabulaire là :
    Ce qu'il faut pour faire des mesures de bruit c'est déja connaitre ma bande passante équivalente de bruit du système de mesure, ceci n'a pas grand chose a voir avec 'la largeur de bande ou spectre occupé par le signal sous test.

    La bande passante équivalente de bruit du système au moment de la mesure n'a rien a voir avec la largeur de bande du scope ?
    En mode analyse spectrale, la bande équivalente de bruit est celle du filtre de résolution de l'analyse.
    En général on peut utiliser des filtres de forme différentes : flat top, hanning gaussian etc etc , ce sont des filtre numériques simulés par la periode, largeur et forme des fenetres d'échantillonage. Comme il faut la bande équivalente, il vaut mieux se reporter aux spécification. Certain analyseurs de spectre donneront directement les puissances de bruit en dBm/Hz ou
    autres choses mais la c'est la différence entre la rolls et la 2 pattes.

    Apres analyse de la feuille technique, votre oscilloscope est excellent mais il ne "performe" qu'une "Simple Frequency Domain Analysis" donc pas tres sophistiquée vous n'avez pas le choix de certain paramètres essentiels a ce que je vois..

    Pour la "bande passante" je suppose que vous voulez parler de l'encombrement spectral, vous l'avez avec vos mesures dans le domaine frequence . Il semble que vous puissiez visualiser la 4ème harmonique de votre signal fondamental (quelle Fréquence de répétition ?) s'il n'y a plus rien apres la 4ème harmonique , vous pouvez peut etre dire que l'encombrement spectral maxi vaut 5 fois la Fréquence du fondamental ...
    Vos mesures sont fausses , si non désormais votre scope a crammé !!
    Par exemple, sur mon signal d'entrée, j'ai mesuré 47.2dBm/46.3dBm/58.3dBm/49.3dBm (ce qui correspond à 1ère/2ème/3ème/4ème harmonique) et j'ai mesuré en sortie 24.9dBm/35.4dBm/55.9dBm/53.3dBm.
    53 dBm cela fait 200 W (??) et 47dBm --> 50W il est curieux de voir le fondamental a 47 dBm et la 4 eme harmonique à 53 dBm ??
    Q'endentez vous par signal d'entrée ?? et signal de sortie ?? vous faites deux mesures , une a l'entrée du DUT et l'autre a la sortie ??
    A plus
    Dernière modification par Patrick_91 ; 23/09/2019 à 15h05.
    C'est l'étincelle qui a fait déborder le vase !

  20. #16
    maindore

    Re : Mesure de bruit dans circuit analogique

    En fait, je pose deux questions différentes dans ce post :
    - comment mesurer le rapport signal/bruit et je parle bien de SNR, pas de bruit apporté par le montage.
    - comment mesurer la bande passante de mon DUT et je parle de bande passante à -3dB.

    Le montage est un montage transimpédance.

    Mon idée pour mesurer la bande passante, c'était de faire la FFT de mon train d'impulsion (cadencé à environ 50MHz) avant ma photodiode.
    Pour cela, j'ai une photodiode rapide sur une charge 50Ohm qui me permet de visualiser mon signal et d'en faire la FFT.

    Ensuite, j'injecte mon faisceau laser sur le transimpédance et je fais la FFT du signal en sortie. Je pensais qu'en comparant les 2 FFT, j'aurais obtenu de combien chaque pic a été atténué et reconstitué un diagramme de Bode pour déterminer la fréquence à -3dB.

    Mais comme je suis une pipe en mesure, j'avoue que je ne sais plus trop ce que je fais... Et pour tout vous dire, vous me parlez chinois... xD

  21. #17
    Patrick_91

    Re : Mesure de bruit dans circuit analogique

    Hello

    comment mesurer la bande passante de mon DUT et je parle de bande passante à -3dB.
    On avait bien un problème de vocabulaire, une bande passante a -3dB cela se mesure en envoyant un signal sinusoidal et en relevant le niveau de sortie point par point ou en balayage cela devrait donner la même chose ... dans ce cas , a minima il vous faut un générateur de fonction (sinus) et votre scope, vous enregistrez la réponse sans votre DUT (directement le generateur chargé sur son impédance favorite sur le scope) vous enregistrez la courbe que vous prenez comme référence.
    Ensuite meme manip mais en insérant votre Dut vous enregistres la courbe . le scope doit offrir la possibilité de retracer la différence des deux même en dBm ou µV ou autres unités..
    Ca c'est tout simple ...

    - comment mesurer le rapport signal/bruit et je parle bien de SNR, pas de bruit apporté par le montage.
    Votre DUT qu'est ce que c'est ? un ampli ?
    Si oui , c'est plus compliqué, car que vous le vouliez ou non il faut évidement tenir compte du bruit de fond du système de mesure car le rapport signal sur bruit c'est le ratio entre la puissance du signal et la puissance de bruit , le tout mesuré si possible dans la même bande passante en mettant le signal 'on' , puis 'off" .... mais si vous ne filtrez pas la bande d'analyse du systeme de mesure (le scope ) alors votre mesure de bruit sera faussée pas le bruit de fond dans 1GHz (bande passante en gros de votre scope).
    Il vous faut un analyseur de spectre a filtres de résolution variables c'est le minimum.
    En fait vous voulez évaluer le Facteur de Bruit de votre DUT en mesurant le rapport signal bruit a l'entrée et le rapport signal bruit a la sortie, la différence des deux en dB s'appelle le facteur de bruit .. (en dB)
    Normalement, il vaut mieux faire la mesure en sinus , et vérifier au niveau du setup que le fait d'injecter le signal ou pas fait changer le bruit de fond ou pas... dans la négative votre mesure est impossible, dans ce cas il faut réduire la bande d'analyse.
    meme manip a faire a l'entrée et a la sortie , en prime vous aurez le facteur de bruit.
    Votre ampli est dit transimpédance c'est alors plus compliqué, il vous faudra faire des mesures en variance µV par racine de Hertz et faire la correction en recalculant la puissance en µW sur l'impédance d'entrée et de sortie bien sur ..
    Vous pourrer faire la manip avec vos signaux carrés en mesurant sur l fondamental puis sur les harmoniques mais ce n'est pas tres pratique ... il vaut mieux un générateur sinus c'est plus simple.
    A plus
    C'est l'étincelle qui a fait déborder le vase !

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