Medir el ruido con un osciloscopio

¿Cuál es el procedimiento adecuado para medir el ruido RMS con un osciloscopio?

Tengo 2 resistencias estándar, 1k y 100k y un Keysight DSO de 1,5 GHz BW, 5GSa/s. Tengo una sonda que ofrece relaciones de 1:1 (1MOhm//100pF) y 10:1 (10MOhm//15pF).

Utilizo acoplamiento de CA, sonda 1: 1 y medición "AC RMS - Escala completa", que 1 mV / div y 100 ms / div.

Mido 340uVrms para 1k y 940uVrms para 100k (solo recortando la resistencia entre la sonda).

Sin embargo, no puedo reproducir este resultado usando ecuaciones. Tres intentos:

  1. La resistencia está en paralelo con la sonda, que es de 1 MOhm y 100 pF para 1x. Por lo tanto, el ancho de banda será 1MOhm//R//1pF ~ 1/(2*pi*RC). Dado que el ruido integrado total viene dado por 4kTRB = 4kTR/(2*pi RC) = 2kT/(pi C) = 2/pi kT/C, el resultado debería ser independiente de la resistencia 5,1363uVrms. Esto está muy lejos de los números anteriores, pero es aún peor: los números anteriores son diferentes

  2. Supongo que la limitación del ancho de banda proviene de la propia sonda, que es de 6 MHz para 1x. El resultado sería sqrt(4*kT*100e3*6e6)=100uVrms para 100k y 10uVrms para 1k. De nuevo, ambos lejanos.

  3. Supongo que el ancho de banda está limitado por la especificación de ancho de banda del osciloscopio, que es de 1,5 GHz. Esto da 157,68uVrms para 1k y 1,5768mVrms para 100k.

Nuevamente, no es consistente.

¿Cómo mido el ruido con un osciloscopio?

¿Realmente espera medir el ruido de Johnson directamente con un osciloscopio? ¿Cómo está considerando las otras fuentes de ruido en el sistema, que son órdenes de magnitud más altas? La medición de niveles bajos de ruido requiere técnicas diferenciales cuidadosas.
El ancho de banda de un osciloscopio con una sonda es igual al PRODUCTO de sus funciones de transferencia. Digamos que tiene un osciloscopio de 1 GHz y una sonda de 1 GHz, el ancho de banda resultante es de solo 700 MHz.
¿Ves que el ruido aumenta/disminuye si cortas la resistencia ruidosa? Si no: no estás midiendo el ruido de las resistencias. Tal vez este video también ayude: youtube.com/watch?v=Znwp0pK8Tzk En mi opinión, necesitaría amplificar el ruido (usando un amplificador de bajo ruido con una ganancia y ancho de banda conocidos) antes de poder medir correctamente el ruido en un osciloscopio. La impedancia de entrada de un osciloscopio es de 1 Mohm y no está diseñada para un bajo nivel de ruido. Necesitaría un alcance con entradas de 50 ohmios. Si está disponible: use un analizador de espectro.

Respuestas (1)

Un sistema con un solo nodo: algo de R y algo de C, tendrá el ruido total integrado definido EXACTAMENTE por sqrt (K*T/C).

Por lo tanto, un límite de 10pF, a 290 grados K, produce exactamente 20 microVoltios RMS, independientemente del valor de la resistencia.

Además, un límite de 100pF produciría 1/sqrt(10) menos ruido, o aproximadamente 6 microvoltios RMS, independientemente del valor de la resistencia.

Para medir 6uV RMS en un ancho de banda de 10GHz, la densidad de ruido del sistema debe ser inferior a 6uS/sqrt(10GHZ) = 6uV/sqrt(10^10) = 6uV/100 000 = 0,06 nanovoltios por rootHertz.

Dado que una resistencia de 60 ohmios produce una densidad de ruido de 1 nanovolt/rtHz, y necesitamos 0,06 nV, o 16 veces menos que 1 nV, el Rruido frontal total puede ser 60/(16*16) 60/256 o 0,25 ohmios.

No se logrará un Rruido de 0,25 ohmios.

El Rruido típico (el rbb') de los bipolares es de 10 ohmios o 100 ohmios.

No puedo hablar de rbb 'típico para bipolares de silicio-germanio.

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