Mesure du noise floor avec un oscilloscope

[invite3289d74d]

Bonjour,

Je voudrais mesurer le bruit de planchee à la sortie d'un amplificateur ( un sinus en entree) avec Tektronix TDS 3054 b. Habituellement, on mesure le bruit de planchee avec un analyseur de spectre, mais je ne dispose pas de cet appareil. Je ne crois pas que l oscillo ait une option fft.

Voilà comment je procederai :
- je paramètre mon oscilloscope pour limiter le bruit intraseque de l'oscilloscope ( BW 20 mhz, 50 ohms, Memory depth faible, pas de sondes10)
- Je mesure le bruit de l'oscillo ( je place un BNC) a l'entree.
- Je branche mon ampli sur l'entree 50 Ohm de l'oscillo. Et c'est là que je coince.

J'observe mon sinus bruité, mon but est donc de mesurer la tension pic To pic comme sur l'image ci-dessous.
https://wikitge-cmaisonneuve.profweb...hier:SNR_2.png

Comment mesurer le bruit ? Il faudrait donc mesurer la tension rms en sortie ?
Il y a t il d autre precautions a prendre ?

Merci beaucoup
-----

[nornand]

bjr, bien moi je coince pour comprendre ce que tu veux faire !

[invite3289d74d]

Je voudrais mesurer le noise floor en sortie de mon amplificateur.

https://www.ni.com/en-gb/support/doc...fications.html
Voir figure 1, la representation du bruit.

Habituellement, je prends un Analyseur de Spectre et je lis visuellement le niveau du bruit, mais dans ce cas la, je voudrais le faire avec un oscilloscope.


D'après ce que j'ai vu, il est possible de mesurer ce bruit en mesurant la tension pp du bruit qui parasite mon sinus https://wikitge-cmaisonneuve.profweb...hier: SNR__2 Png
Le souci, c'est que je ne suis pas sur de ma configuration de mesure, ni même de la quantité à mesurer. Je pense mesurer une tension RMS mais je voudrais une confirmation.

[Vincent PETIT]

Bonjour,
La procédure que tu cherches est dans le livre "Operational Amplifier Noise - Techniques and Tips for Analyzing and Reducing Noise, Art Kay" (un très bon livre !)

Voilà comment je procederai :
- je paramètre mon oscilloscope pour limiter le bruit intraseque de l'oscilloscope

Hum... pas tout à fait. Il faut en effet commencer par mesurer ou trouver dans la doc de l'oscillo le planché de bruit (Tektro c'est du sérieux, ils donnent surement le planché de bruit) dans la bande mesure de l'ampli, tu peux mettre un BNC shorting cap. Si tu veux mesurer l'ampli dans la bande 20MHz, il faut trouver le planché de bruit de l'oscillo dans la bande 20MHz. A partir de là tu connais le bruit peak-peak de l'oscillo dans la bande de mesure finale.

Tu places un filtre passe haut entre l'ampli et l'oscillo pour virer tout ce qui est en dessous de 10Hz (le bruit 1/f et l'éventuelle composante continue qui vont fausser la lecture finale)

Tu mets l'entrée de ton ampli à la masse (pas de signal à l'entrée) et tu places une sonde x1 en sortie. Attention, la référence de la sonde doit être collée à la pointe de touche voir enroulé autour pour ne pas faire une antenne qui va ramasser l'environnement et ajouter un bruit qui n'est pas celui de l'ampli.



Tu mesures le bruit sur l'oscillo en couplage AC (bruit large bande) avec le même filtre qui t'a servi à trouver le planché de bruit de l'oscillo (20MHz par exemple)

Tu mesures de combien la tension a augmenté (peut être qu'afficher 2 traces à l'oscillo, une pour le planché de bruit de celui-ci et l'autre pour la mesure peut aider à la lecture ?) et tu auras le bruit peak-peak du planché de bruit de l'ampli.



Dans cette discussion https://forums.futura-sciences.com/e...de-faible.html, on a parlé un peu de la mesure du bruit 1/f (fliker) qui peut aussi t'intéresser pour caractériser ton ampli. Parcours le sujet, mais je crois qu'on commence à en parler à partir du 14ème message.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Fortare]

Merci beaucoup Vincent, je vais tenter de faire la mesure cette après-midi.
Je n'ai pas reussi à trouver la valeur du planchee de bruit dans la datasheet de l'oscilloscope, mais j'ai déjà un ordre d'idées.

Par contre lors de la mesure, pourquoi charger l'entree de l'amplificateur par un court-circuit ? Il ne faudrait-il pas charger avec une charge 50 Ohms ?
De plus, je pensais que le bruit flicker était présent que quand on injectait un tone en entree de l'ampli.

[Vincent PETIT]

Bonjour,
Tu souhaites bien connaître le plancher de bruit de l'ampli ? Un plancher de bruit c'est en l'absence de signal, entrée à la masse, exactement comme avec l'oscillo ou tu court-circuites la BNC pour mesurer son bruit naturel.

Une fois le plancher de bruit connu, tu peux injecter un signal 1 tone en entrée de l'ampli et sur une charge adaptée (donc sans perte de réflexion) 50Ω dans ton cas et là tu mesurera le SNR de l'ampli, le rapport signal adaptée sur le bruit de plancher.

Concernant le fliker, il est toujours présent même avec la masse en entrée. Les AOP sont caractérisés de cette façon (ça fonctionnerait aussi avec une tension DC ou AC en entrée mais avec l'entrée à la masse, le bruit dominant est le 1/f de l'ampli et non le bruit 1/f de l'ampli + le bruit du signal d'entrée)


https://www.analog.com/en/analog-dia...1-f-noise.html

[jiherve]

bonsoir,
le soucis c'est qu'il faut que le filtre actif ne rajoute pas de bruit or avec un gain de 10k j'ai comme des doutes sauf matos de course et prix afférent!
JR

[Vincent PETIT]

Bonsoir JR,

le soucis c'est qu'il faut que le filtre actif ne rajoute pas de bruit or avec un gain de 10k j'ai comme des doutes sauf matos de course et prix afférent!

Excellente remarque ! Je pense que Analog Devices voulait juste montrer le principe. Cependant, même avec un tel gain je pense qu'en mesurant au préalable le plancher de bruit de ce filtre actif + celui de l'oscillo (pour les soustraire à la mesure final) on doit pouvoir mesurer uniquement le bruit du DUT.


Chez Texas Instruments ils ont été plus raisonnable dans leur schéma. Le principe est le même que Analog Devices mais le gain est bien moins élevé.
ps : les annotations en bas de l'image n'ont rien à voir, je les avais écrite en réponse à un autre sujet.

[polo974]

bonsoir,
le soucis c'est qu'il faut que le filtre actif ne rajoute pas de bruit or avec un gain de 10k j'ai comme des doutes sauf matos de course et prix afférent!
JR

Si l'entrée du filtre actif a le même niveau de bruit que le DUT qui a un gain de 100, le bruit ajouté ne sera pas énorme (moins de 1%).

[jiherve]

bonsoir,
tout est dans le si,le montage de Texas doit pouvoir le faire si la réalisation est impeccable.
JR

[polo974]

bonsoir,
tout est dans le si,le montage de Texas doit pouvoir le faire si la réalisation est impeccable.
JR

le montage de Texas a un gain de 1001 sur le DUT, donc, en effet, le bruit du filtre actif monté derrière aura moins d'influence.
mais déjà avec un gain de 100 (cf Analog Device), il faudrait un aop 100 fois plus pourri que le DUT pour qu'il amène le même niveau de bruit.

par contre, on n'additionne ni ne soustrait pas les bruits les uns aux/des autres comme ça par une simple addition vu qu'ils ne sont pas corrélés entre eux...

[Vincent PETIT]

En effet la somme des bruits est géométrique.

Bruit total = √ [ (Bruit_DUT * Gain_DUT * Gain_Filtre)² + (Bruit_Filtre * Gain_Filtre)² ]

Quand on fait les calculs on constate que le bruit des étages qui suivent le DUT sont insignifiants. Le bruit dominant est celui du tout premier étage.

[jiherve]

bonjour,
ça ce n'est pas une découverte, il n'en reste pas moins que la mesure du bruit est un art délicat et que beaucoup s'y sont plantés.
Car l'assertion : le bruit dominant est celui du premier étage d'amplification ne vaut que pour des chaines homogènes.
JR

[polo974]

bonjour,
ça ce n'est pas une découverte, il n'en reste pas moins que la mesure du bruit est un art délicat et que beaucoup s'y sont plantés.
Car l'assertion : le bruit dominant est celui du premier étage d'amplification ne vaut que pour des chaines homogènes.
JR

c'est quoi une "chaine homogène" ?
ça ressemble à du rattrapage aux branches basses...

[Patrick_91]

Bonjour,

le bruit dominant est celui du premier étage d'amplification ne vaut que pour des chaines homogènes.
JR

Oui , par exemple , si dans la chaine de traitement du signal se rencontre un échantillonneur (numériseur) alors le bruit de quantification de celui ci sera présent et pas nécessairement gommé par le gain du premier étage de la chaine ... cela ne sera plus du bruit d'origine Thermique seulement ... d’ailleurs , a l'analyseur de spectre on sait en général faire le distingo entre bruit de quantification et bruit thermique, ils n'ont pas les même carractéristiques (on s'en rend compte en modifiant la bande d'analyse).
A plus

[jiherve]

bonsoir,

c'est quoi une "chaine homogène" ?
ça ressemble à du rattrapage aux branches basses...

ben c'est tout simplement le fait d’utiliser des composants ad hoc faible bruit, amuse toi a réaliser le montage Texas avec des résistances carbone agglomérées et on en reparle. Mais peut être es tu trop jeune pour avoir connu les Allen Bradley.
JR

[polo974]

Ok
Carbonisées, les branches basses...



Le bruit de quantification est en effet sans rapport avec le bruit thermique.

[jiherve]

re
où ai je mentionné le bruit de quantification ?
Par homogène j’entends un dispositif dont la réalisation répond au but recherché en l’occurrence ici ce qui est visé c'est la mesure du bruit propre de l'ampli (DUT) mais que si l'appareil de mesure est mal réalisé alors on mesurera toute autre chose, ce qui sera le cas par exemple (il y a plein d'autre pièges)avec l'usage de résistances en carbone aggloméré car celles ci ne font pas que du bruit thermique mais çà effectivement plus personne ne le sait aujourd'hui.

JR

[polo974]

re
où ai je mentionné le bruit de quantification ?

il n'y a pas que toi qui a répondu.

Par homogène j’entends un dispositif dont la réalisation répond au but recherché en l’occurrence ici ce qui est visé c'est la mesure du bruit propre de l'ampli (DUT) mais que si l'appareil de mesure est mal réalisé alors on mesurera toute autre chose, ce qui sera le cas par exemple (il y a plein d'autre pièges)avec l'usage de résistances en carbone aggloméré car celles ci ne font pas que du bruit thermique mais çà effectivement plus personne ne le sait aujourd'hui.

JR

Oui, en général, on essaie de faire en fonction du but visé. Mais ici, Vincent PETIT l'a bien montré explicitement, à moins de sagouiner le filtre derrière le DUT, son bruit est négligeable.

Ben oui, les résistances carbone aggloméré, ça remonte à plus de 30 ou 40 ans (du temps où on se posait la question si on prenait des 10% ou des 20%). Bon, d'un autre coté, il y en a bien qui montent encore des amplis avec des tubes à vides...

[Fortare]

Bonjour a tous,

Merci pour vos reponses, ca m a bien aidee pour mes recherches.

J ai effectue des measures mais sur un oscilloscope pico 4262 ( a la place du tectonics, je n ai pas le choix malheureusement) :
https://www.picotech.com/oscilloscop...-4262-overview

Dual channel oscilloscope / spectrum analyzer
16-bit resolution
Low distortion (96 dB SFDR)
Low noise (8.5 µV RMS)
5 MHz bandwidth
16 MS buffer memory

J ai commence par mesurer le bruit du pico en connectant un court circuit en entree ( je ne dispose pas de filtre pour le moment).

En mode temporel :
Temporel_pico.jpg

( config de mesure : 5 MHz de BW, 5 us/div, 10 mV)

Il m est impossible de mesurer le bruit au vu de la faire sensibilitee verticale ( 10 mV mini).

En mode frequenciel, le pico permet de faire une analyse frequencielle via une transforme de fourier.
FFT_Pico.jpg

( config de mesure : 5 MHz de BW, 1048576 points, hamming)

On remarque que le planchee de bruit depends directement de :
- Du BW ( ce qui est normal)
- Du nombre de point de la FFT ( je dois donc prendre le maximum de points pour ma mesure ? 1048576 au max, est ce lie au bruit de quntification discutee precedement ?)
- De la fenetre ( je prends Hamming par defaut).

Il y a pas mal d harmonique captee a mon avis par mon BNC court circuit qui joue le role d antenne.
La mesure se fait en dBu, on se retrouve a -147 dBu/Hz.

Sauf que en me baladant sur le forum du pico technologie, je tombe sur ce sujet :
https://www.picotech.com/support/topic40895.html

"Our Spectrum Mode only plots the Amplitude Spectrum of the converted Voltages (so we apply coherent gain before the FFT calculation, in order to Normalize the levels for voltages). Unfortunately, we don't plot a Power Spectrum of V^(2)/Hz or V/√(Hz). This means that a Spectrum plot won't be able to measure noise."

Il serait donc impossible de mesurer le bruit de planchee a cause de la normalisation. J ai donc bien peur de mesurer n importe quoi ! Je sais aussi que la mesure de bruit est complexe et je ne veux pas faire de conclusions trop rapidement.
J aimerai bien avoir votre avis la dessus.

Merci beaucoup !

[jiherve]

bonjour,
non la normalisation n’empêche rien (cela doit être compensé par ailleurs sinon rien n'aurait de sens) c'est la grandeur affichée qui n'est pas pertinente :

we don't plot a Power Spectrum of V^(2)/Hz or V/√(Hz)

.
JR

[Fortare]

Ha donc il suffit de faire la conversion.

Si je regarde ma FFT, on a -147 dBu en moyenne sur le planchee.
Le nombre de point FFT est 1048576 et le nombre de sample est 10 MS.

On a donc un RBW ( pas de frequence) de 10 MS / 1048576 = 9.5 MS donc 10 Hz environs.

On a donc -147 dBu-10log(RBW) = -147-10log(10) = -157 dbu/Hz de planchee de bruit.

La datasheet donne 8.5 uV rms de bruit. Je pense que ce bruit a ete integree sur 5 MHz.

Donc on a un bruit total sur 5 MHz de -157 + 10*log(5 MHz) = -157 + 63dB = -94 dBu.
J utilise ce calculator http://www.sengpielaudio.com/calculator-db-volt.htm
En rentrant -64 dBu, on trouve 9.7 uV rms. Ce qui est plus que la datasheet mais c est normal car mon court circuit n est pas parfait en entrée.

De plus, je n'ai pas de filtre donc je prends en compte le flicker.

Est-ce que vous voyez une contradiction dans mon raisonnement ?

[Vincent PETIT]

Bonjour,
Tu t'es mis en couplage AC pour mesurer les bruits peak-peak en mode temporel ?

[Fortare]

Bonjour,

Oui je me met toujours en AC pour enlever la composante continue qui pourrait fausser la mesure.

[bobflux]

Est-ce que vous voyez une contradiction dans mon raisonnement ?

Non, d'ailleurs je t'offre une bière parce que la dernière fois que j'ai pu voir un type qui savait que le plancher de bruit de la FFT dépend de la longueur de la FFT c'était en... euh, ben je me souviens même pas si c'est arrivé.