Ich habe eine Wheatstone-Brücke, mit der ich einen Widerstandssensor messen möchte. Im Moment sind alle vier Arme Festwiderstände, während ich die Schaltung einrichte. Das Rauschen in der Schaltung ist viel größer als ich erwartet hatte und ich kann nicht herausfinden warum.
simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab
Das AFG ist so konfiguriert, dass zwei Sinuswellen gegenphasig an den beiden Ausgängen erzeugt werden. Der Stanford führt eine DC-gekoppelte Differenzmessung mit einer effektiven Rauschbandbreite von 0,5 Sekunden durch. Die beiden Instrumente sind mit der TTL-Referenz phasenverriegelt. Ich schaue mir dann die Variation der Messungen an, um das Rauschen herauszufinden. Ich finde eine Rauschkomponente, die mit der Erregerspannung skaliert und die ich nicht identifizieren kann.
- Das nicht identifizierte Rauschen ist von 10 Hz bis 1 kHz weiß
- Die Amplitude des Rauschens beträgt etwa 1 µV / √Hz pro an die Brücke angelegtem Volt
- Wenn die Erregerspannung Null ist, messe ich ein Rauschen, das mit dem Johnson-Rauschen in der Brücke übereinstimmt .
Ich habe viel Erfahrung mit der Messung von R unter 1 Ω, aber 200 kΩ sind für mich neu, sodass mir möglicherweise das Offensichtliche fehlt.
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Antworten:
Ich wette, eine Komponente ist Quantisierungsrauschen oder eine andere Verzerrung des AFG3000 mit 14-Bit-Ausgang. Die harmonische Verzerrung wird in Ihrem Frequenzbereich mit -60 dB angegeben.
Sie könnten versuchen, eine sauberere Sinuswelle zu verwenden und zu sehen, was Sie erhalten, oder die Flammen aus Ihrer Anregungswelle heraus konditionieren. In jedem Fall wäre dies mein erster Debugging-Schritt, nachdem ich nach langen Kabeln gefragt habe, die möglicherweise Geräusche weitergeben. Als nächstes würden abgeschirmte Kabel mit verdrillten Paaren verwendet, um Ihre Brücke anzutreiben, und als nächstes würden Sie einen echten Brückenverstärker mit Erfassungsschaltung verwenden.
Mein Geld liegt jedoch in der Qualität des Signalgenerators. Die Signalqualität eines beliebigen Wellenformgenerators hat mich noch nicht angenehm überrascht.
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Nachdem ich empfohlen habe, über Partitionsrauschen zu lesen, finde ich selbst online nichts besonders Nützliches!
Also werde ich versuchen, ein paar Zahlen zu schreiben. In Ermangelung eines besseren Referenzmodells werde ich es einfach als zwei Schussgeräuschquellen modellieren, eine in jedem Bein der Brücke. (Die Summe ist einfach das Schussrauschen, das dem gleichen Gesamtstrom aus dem Signal innewohnt).
Bei Anregung von 1 V beträgt der Brückenstrom 5 uA oder 2,5 uA pro Zweig. Das Rauschen ist einfach sqrt (N), wobei N die Anzahl der Elektronen / Sekunde ist.
I = 2,5 uA = 2,5e-6 · 6,25e18 = 15,6e12 Elektronen / Sekunde.
Also ist I (Rauschen) = sqrt (15,6e12) = 3,95e6 Elektronen / s = 0,63 pA / rtHz in jedem Bein.
Wenn man nun den Boden der Brücke als 0-V-Referenz nimmt, entwickelt dieser Strom eine Spannung über 200 Kilohm von 0,126 uV. Da es sich nun um Partitionsrauschen handelt, gehe ich davon aus, dass im anderen Abschnitt das Gegenteil passiert (die Rauschquellen sind NICHT unabhängig). Ich verdopple meine Schätzung des Spannungsrauschens auf 0,25 uV / rtHz.
Wenn dies korrekt ist, befindet sich das Partitionsrauschen im richtigen Ballpark, aber ich kann nicht sehen, wie es all Ihr Rauschen (1uV / rtHz) erklärt.
Darüber hinaus deutet der am wenigsten nutzlose Link, den ich gefunden habe (vorausgesetzt, er funktioniert woanders), darauf hin (Seite 94), dass Partitionsrauschen eine 1 / f-Verteilung aufweist, was Ihrer Beobachtung widerspricht. (Ich weiß nicht, warum sie 1 / f vorschlagen).
Eine Versuchslinie: Wenn Sie die Brücke durch 2k-Widerstände (2 Größenordnungen niedriger) ersetzen, sollte das Schussrauschen (ebenso Partitionsrauschen?) Um 1 Größenordnung an Bedeutung verlieren. Was passiert in der Praxis?
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