Ruido actual como densidad espectral del ruido RMS dado

Quiero saber la densidad espectral actual de una fuente de corriente Keithley 6221.

Especificación de fuente Keithley 6221 de la hoja de datos.

La hoja de datos anterior proporciona valores en RMS para un ancho de banda dado de 10   Hz − B/N , sin especificar claramente el ancho de banda B/N . No estoy exactamente seguro de lo que significa Ancho de banda de respuesta de salida (BW) en Corto , pero pensando en el B/N entre paréntesis lo usé como ancho de banda. En una primera aproximación se puede calcular el valor RMS a partir de la densidad espectral Dakota del Sur por

X R METRO S = S D ⋅ B/N ⋅ ENBW                       ( 1 )
con el ancho de banda de ruido equivalente ENBW (aproximación rectangular válida para anchos de banda altos). Asumiendo los valores anteriores para el rango de 100 mA, esto produce
20 mi − 6 A RMS 1 mi 6   Hz ENBW = 20 n / A Hz ,                       ( 2 )
que me parece mucho. Tenga en cuenta que un ENBW cualquier valor entre 1 (filtro de pared de ladrillo) y 1,57 (1 polo) no cambia el resultado de manera significativa y, por lo tanto, puede despreciarse.

¿Es esta la forma correcta de determinar la densidad espectral?

Leí el hilo Determinación de la densidad espectral del ruido , que establece que la densidad espectral no se puede calcular debido a la falta de información. Si el ancho de banda que utilicé es correcto, este no es el caso aquí.

Información adicional: alimento una inductancia de 3 ohmios con la fuente de corriente y puedo medir la densidad de voltaje sobre la inductancia con un analizador de espectro. Me gustaría obtener el cálculo y la medición de acuerdo. El ruido de voltaje se puede calcular a partir del ruido de corriente y la resistencia, una vez que se conoce el ruido de corriente.

Respuestas (3)

La densidad espectral es una función. Tiene un total integrado sobre un ancho de banda (indicado como 'típico', por lo que no es confiable de todos modos).

No hay suficiente información para determinar la función PSD a partir de un solo número. Por ejemplo, aquí está el ruido típico de un amplificador operacional real que muestra el PSD (el superior que muestra el pico desagradable está oculto en lo profundo de la hoja de datos, el inferior es lo que muestran en la página principal).

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Puede ver el ruido 1/f en el gráfico inferior, el ruido blanco y el exceso de ruido causado por el diseño del circuito que provoca el pico a ~400kHz.

En el caso de su fuente actual, también puede haber un ruido de disparo significativo a bajas corrientes.

La hoja de datos anterior proporciona valores RMS, uno para 0,1 Hz a 10 Hz y otro para 10 Hz a B W . Supongo que la razón es que los valores más bajos de alguna manera mostrarán un componente 1/f, por muy indefinido que sea. Concluyo que los valores de la hoja de datos son bastante inútiles en términos de ruido, mi cálculo solo es válido para el ruido blanco y uno mismo tiene que medir el dispositivo, como de costumbre.

Desde mi punto de vista, el cálculo 20   norte A / H z en la pregunta original se calculan correctamente como primera estimación. Hace algún tiempo medí el ruido de corriente de la fuente de corriente Keithley 6221 indirectamente al medir el ruido de voltaje resultante a través de una impedancia conocida a una corriente de 100 mA. Esto resultó en un valor de 5   norte A / H z entre 50 Hz y 4 kHz:

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Tenga en cuenta que el analizador FFT utilizado (SR785) domina el ruido de fondo medido por debajo de 50 Hz (curva negra). El artículo completo con más detalles sobre esta medida se puede encontrar aquí: https://arxiv.org/abs/2006.08515

¿Qué ruido actual obtendrá de una resistencia de 10 Mega Ohm en un ancho de banda de 1 MHz?

1KOhm es 4 nanoVoltios/rtHz

100Kohm son 40 nanovoltios/rtHz

10 megaohmios son 400 nanovoltios/rthz

La densidad de ruido actual es de 400 nanovoltios/10 megaohmios = 400 e-9/1e+7 = 400 e-16 o 40 e-15 o 40 femtoamperios/rtHz.

Aumente la escala en sqrt (1 MHz) y encuentre 40fA * 1000 = 40 picoamperios.

Pero ............ este es el ruido actual para una sola resistencia. Que Keithley tiene numerosos circuitos involucrados en la implementación de una fuente de corriente programable.

Aquí se puede ver que el ruido actual de las resistencias es mucho menor, lo que tiene sentido, porque el ruido actual en el keithley incluye muchas más fuentes, que también depende de la señal de salida. Sin embargo, esto no responde a mi pregunta.
Ruido actual como densidad espectral del ruido RMS dado
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