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正弦波逆变器噪声干扰问题解析

问题:
我能丈量的最小电压是多少?
答案:
我作为正弦波逆变器工程师的第一个项目是丈量生产中的6½位数字万用表的树立时刻。这好像没什么难度,我只需弄清终究树立值,然后反向求解可检测的最小改变是多少。一切预备稳当,我输入短路,开端添加孔径时刻。同预期一样,正弦波逆变器噪声开端下降,到达必定程度后便中止下降,基线一向前进。我现已消除了正弦波逆变器外部噪声源、热电动势,乃至空调通风口的气流声。这些随机动摇的正弦波逆变器噪声来自电路内部。但在消除了大部分正弦波逆变器宽带噪声之后,还有一种正弦波逆变器噪声残留不去。任何做过这种实验的人都会注意到这一约束。与常理相反的是,我们发现晚些中止下降的正弦波逆变器噪声比早些中止时还要高。发作这种现象时,我们便知道丈量处于1/f正弦波逆变器噪声区域。

这种1/f正弦波逆变器噪声(或闪耀正弦波逆变器噪声)是精细丈量最遍及的约束。之所以取这个称号,是因为其功率谱密度与频率成反比,如下式所示:
正弦波逆变器噪声干扰问题解析

其间,k为起伏系数,a为大于0的指数,但在根本形式中,a = 1。该正弦波逆变器噪声终究会小于正弦波逆变器宽带噪声,发生一个转机频率,如图1所示。在电子电路之外的范畴,比方地球滚动、经济指标和生物系统等,也已发现此类正弦波逆变器噪声存在的依据。尽管最聪明的科学家也不知道其根本原因是什么,但若要进行低电平丈量,我们有必要懂得如何减轻其影响。
正弦波逆变器噪声干扰问题解析

图1.正弦波逆变器低噪声电子器材的典型正弦波逆变器噪声谱密度图

让我们从现成器材开端。现有最高灵敏度的ADC芯片是AD7177-2,其在5 SPS时的正弦波逆变器噪声为200 nV p-p。但是,在ADC之前添加必定的增益,便可实现更好的功能。我们需求一种既有正弦波逆变器低噪声特性又有低1/f转机频率的放大器。最简略的办法是检查数据手册上的0.1 Hz到10 Hz正弦波逆变器噪声标准,它相当于以10 Hz带宽记载丈量成果10秒。

如果您留心的话,可能知道运算放大器 AD797被用于人类初次勘探引力波的LIGO实验。AD797在0.1 Hz到10 Hz规模的正弦波逆变器噪声标准为50 nV p-p (8 nV rms)。最正弦波逆变器低噪声外表放大器AD8428只要40 nV p-p (7 nV rms)。这些放大器选用双极性工艺制作,如果合作较大源电阻(包含增益电阻)运用,其电流正弦波逆变器噪声可能相当大,并且电流正弦波逆变器噪声也有1/f转机频率!别的别忘了,电阻本身可能发生与电流相关的过量正弦波逆变器噪声,这是由其构造决定的。金属箔和线绕电阻的正弦波逆变器噪声系数往往是最低的。

避开1/f正弦波逆变器噪声的一个奇妙办法是将信号调制到没有1/f正弦波逆变器噪声的区域,然后进行解调。这一招被称为"斩波安稳",已运用数十年,它把1/f正弦波逆变器噪声移动到其他频段,以便可以将其轻松滤除。诸如 ADA4528-1 和 ADA4522-1之类的零漂移运算放大器使用这种技能(及其他方法),获得了大约100 nV p-p (16 nV rms)的0.1 Hz至10 Hz正弦波逆变器噪声,其间大部分是由白正弦波逆变器噪声引起的。一个更简略的办法是并联多个放大器以到达更低的正弦波逆变器噪声水平,因为这相当于对多个不相关的正弦波逆变器噪声源求均值。

根本要旨是您可以使用现成器材检测到比10 nV低一点的信号;如果并联多个放大器,检测精度可接近1 nV水平。要检测比这还小的信号,有必要选用特别技能(本钱可能十分高)。但不管怎么做,1/f都会以某种方法从头呈现。

那么,要是长时刻记载多个丈量成果,情况会怎样?1/f正弦波逆变器噪声是否会让这成为不可能完成的使命?这么说吧:即便从世界大爆炸那一刻起开端记载AD797正弦波逆变器噪声,一向到我们读到这篇文章时停止,其成果也只比最近10秒测得的成果大3倍。因而,我可不会为此而失眠。

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