[Ruslan1 14]

Задача получить минимальный шум при коротком замыкании входа вот такой схемы (рисунок ниже)

Операционник может работать в двух режимах: Low Power Mode и Full Power Mode. В Low у него плотность шумов по напряжению больше, а плотность шумов по току меньше, чем в Full Power.

А в Full Power наоборот: плотность шумов по напряжению меньше, зато по току больше чем в Low Power.

 

Натурные испытания показали, что в "Full Power Mode" измеряемый RMS шум в микровольтах (выход АЦП) больше, чем при работе в Low Power Mode. То есть при минимизации шумов ОУ по току эффект больше, чем при минимизации шумов по напряжению?  Это можно объяснить с точки зрения теории?

 

 

 

 

[MegaVolt 25]

Надо бы считать. Там же токовый шум умножается на ваши 10кОм и превращается в шум напряжения. И может оказаться что шум токовый даёт больший вклад с выходной шум. И как следствие уменьшение шума по напряжению который итак мало присутствует на выходе не даёт ничего. А вот возросший токовый шум увеличивает выходной ещё больше.

[SVNKz 1]

Смысл расчета схемы состоит в усилении энергии источника сигнала и созданию условия максимального соотношения мощности сигнала на выходе к мощности шума - это условие рекомендуется ставить с самого начала работы. По схеме же источник сигнала не показан вообще, нагружен на резистор 1М+1М=2М и эквивалентное сопротивление неинвертирующих входов ОУ, что приводит к полной неопределённости по коэффициентам согласования по полезному сигналу, например.

Параллельная работа двух ОУ на входе интересна только теоретически - максимально симметричная схема согласованной по шумам пары транзисторов по коэффициенту подавления определённого вида помех заведомо лучше приводимой ТС, что достаточно подробно описывается в ТУ на них. 

Начинать нужно с экспериментальной проверки характеристик источника сигнала, что даст исходные цифры номиналов нагрузки, обеспечивающей максимальный коэффициент передачи энергии с него на входные цепи усилителя.

Процедура "минимизации шумов" по "току" или по "напряжению" не имеет смысла - в любом варианте рассчитываются коэффициенты связанные с мощностью... 

[Ruslan1 14]

Спасибо за ответы, навели на мысль еще раз подумать о причинах результатов измерений.

Похоже, что вопрос был некорректный: Я увидел  разницу в графиках для шумов тока/напряжения от выбранного режима и решил что это причина. И что нужно оптимизировать шумы, например, тока, потому что они вносят бОльший вклад в результат при моих номиналах и эта главная причина. Но, думаю, дело не только в этом.

Проблемный для меня диапазон частот (где хочу улучшить результаты): 0.01-0.2 Hz. И в моем случае важным становится параметр "Integrated voltage noise", который в Low Power Mode сильно лучше. А все рекомендации и апноты по этому усилителю ставят акцент на более высоких частотах, где "Full Power Mode" дает лучшие результаты.

 

 

Ну и да. подумаю про схему. Номиналы поменять и шум поменяется- уже сделал, уменьшение сопротивлений в 10 раз предсказуемо уменьшило итоговые шумы, в том числе и в нужной мне области частот. И Low Power все еще лучше.

[rloc 42]

В 29.06.2022 в 10:20, Ruslan1 сказал:

Проблемный для меня диапазон частот (где хочу улучшить результаты): 0.01-0.2 Hz

На этом участке уровень шума (фликкер) не зависит от обратных связей и определяется самим усилителем, режимом его работы Full/Low Power. В такой ситуации - или менять сам усилитель, или параллелить несколько 2/4/8, соответственно с выигрышем 3/6/9дБ по напряжению шума.

Для участка 0.01Гц и ниже возможно потребуется термостабилизировать схему.

[_pv 52]

немного околооффтопа

обычно токовую плотность шума указывают на небольшой частоте, типа килогерцев и на низкой частоте с частотой среза для 1/f шумов, и что растёт плотность только в сторону уменьшения частоты.

для опа858 есть такой график (слева, c криво наложенным в том же масштабе красной линией от ada4945, оригинал справа), это так себя только полевые ОУ ведут, а когда входные токи десятки мка, то они шуметь перестают с ростом частоты?

и если я захочу какие-нибудь пикоамперы с фотодиода в узкой полосе, но на большой частоте ~1ГГц измерять, то вместо полевого опа858 надо брать его биполярного собрата опа855, и он, не смотря на свои микроамперные (вместо пикоамперных) входные токи шуметь по току получается меньше будет, как так?

 

[Tuvalu 1]

On 6/28/2022 at 4:45 PM, MegaVolt said:

Там же токовый шум умножается на ваши 10кОм и превращается в шум напряжения.

Даже если токовый шум последующего каскада (усилителя) исчезающе мал (например, он с JFET-входом), то тепловой шум самих резисторов никуда не девается. Т.к. входные ОУ имеют Кус=1, то шум этих резисторов приводится ко входу без перерасчёта. Итак, 10 кОм шумят по 12,7 нВ/^Гц. Сравните с 1...5 нВ у хороших современных ОУ, применяемых в подобных схемах. Естественно, в данном случае (ADA4945 имеет вход на биполярных тр-рах) следует прибавить (по квадратичному закону) упоминаемую Вами добавку в виде "токовый шум ADA4945 * R". Как результат, получаем значительное ухудшение шумового потенциала как входных ОУ, так и последующего диф.приёмника. Короче, эта топология, кмк, малоподходящая для задач ТС. Либо стоит раз в 10...30 уменьшить сопротивления резисторов обвязки.

Впрочем, упомянутый ТС-ом кз входа - явно не рабочий режим, поэтому тут будет иметь значение реальный импеданс источника сигнала. Может так оказаться, что он намного больше этих "злосчастных" 10 кОм, поэтому Кш сильно и не ухудшится.

 

Глобально: любой резистор, последовательно включённый с источником сигнала, является неустранимым источником шума. (Повторю, в данном случае Кус_входных_ОУ=1, поэтому эти R на эквивалентной схеме включаются последовательно с источником сигнала). В малошумящих схемах следует избегать применения последовательных высокоомных резисторов. Считайте их тепловой шум и сранивайте c шумом R источника и с даташитными шумовыми параметрами ваших ОУ /усилителей - тут сразу и станет ясно, что же является слабым звеном.

 

Кстати, даже у таких супермалошумящих инструментальных усилителей, как INA103, приведённое ко входу напряжени шума тем больше, чем ниже Кус - всё из-за этих последовательных резисторов (там 6 кОм). Ну, ещё и из-за неважных шумовых параметров дифусилителя (2-го каскада), шум которого проявляется тем больше, чем меньше Кус (G). См график:

 

 

 

Изменено 15 июля, 2022 пользователем Tuvalu

[Tuvalu 1]

On 6/29/2022 at 10:20 AM, Ruslan1 said:

Проблемный для меня диапазон частот (где хочу улучшить результаты): 0.01-0.2 Hz.

 

Вот только сейчас обратил на это внимание. На таких низких частотах будет тотально доминировать фликкер-шум как входных ОУ, так и дифприёмника. Я бы сделал и то, и другое на т.н. Zero Drift Op Amps, у них, как раз, очень малый ИНЧ-шум. Полный инструментальный усилитель (т.е. диф на входе/диф на выходе) можно собрать на 4-х ОУ по схеме Double Balanced Microphone Amplifier мистера Graeme Cohen http://leonaudio.biz/cohen.htm. Это просто инструментальный усилитель, в котором второй каскад (разностный усилитель) выполнен на 2-х ОУ по симметричной схеме. Входные транзисторы в вашем случае не нужны, т.к. они просто внесут большой ИНЧ-шум. Хорошие типы таких ОУ - ADA4522-1,-2,-4, 4523, OPA189/2189/4189, OPA188/2188. В даташите ADA4522 приведён большой список Zero Drift Op Amps на любой вкус. Да и нагуглить можно, многие фирмы их производят.

Изменено 19 июля, 2022 пользователем Tuvalu

[khach 33]

Когда шум действиельно важен, то в документации рисуют noise contour двумерный. Вот например от SRS SR560

[Tuvalu 1]

On 7/19/2022 at 1:08 PM, khach said:

Когда шум действиельно важен, то в документации рисуют noise contour двумерный.

ТС озвучил условие - мин. шум при кз входа (source resistance = 0), так что, подобные графики избыточны. При таком условии решающую роль играет только напряжение шума, эти данные имеются в даташитах на ОУ.

[Ruslan1 14]

Отказался от ADA4945 (дефицит и дорого), собрал его аналог на 'обычных' ОУ и изменил схему для честного биполярного входа и двуполярного питания. Посмотрю на реальной плате когда сделают.

[quest 0]

On 6/29/2022 at 2:20 PM, Ruslan1 said:

Проблемный для меня диапазон частот (где хочу улучшить результаты): 0.01-0.2 Hz

Чоппер(ы) не хотите рассмотреть - чтобы в этом проблемном диапазоне шумы уменьшить? На пример opa189? Полосу какую нужно обеспечить?

PS и пересмотреть сопротивление мегаомных входных резисторов в сторону уменьшения...Зачем они тут? 

[Ruslan1 14]

23 minutes ago, quest said:

Чоппер(ы) не хотите рассмотреть - чтобы в этом проблемном диапазоне шумы уменьшить? На пример opa189? Полосу какую нужно обеспечить?

PS и пересмотреть сопротивление мегаомных входных резисторов в сторону уменьшения...Зачем они тут? 

Нет, не смотрел. Спасибо за идею. Для меня чоппер- это переключатель, а значит шумы. Но посмотрел тот же OPA189- очень прилично и нет ничего страшного в картинках (у меня диапазон частот до 1000 Гц максимум). Ну и да, шум 1/f у них должно быть пониже пр частоте начинаться (или такого понятия вообще нет в чопперах? )

Предварительно про OPA189: плотность шумов в два раза больше в диапазоне частот 0.1-10 Hz, но зато да, ниже по  частотам может быть интересно.

 

Новая схема у меня вся на двуканальных ОУ, так что вполне могу попробовать найти и впаять OPA2189 и сравнить результаты.

Мегаомы- это подтяжка чтоб неподключенные входы около середины питания болтались, сигнал через них не идет.

[Ruslan1 14]

On 7/19/2022 at 1:46 AM, Tuvalu said:

Я бы сделал и то, и другое на т.н. Zero Drift Op Amps, у них, как раз, очень малый ИНЧ-шум.

Я наверное один из тех, кому два раза нужно сказать то же самое разными словами чтобы дошло. :) На "Zero-drift" я не возбудился, а вот на "чоппер" сразу в памяти всплыло что это в принципе другое решение, поэтому на сверхнизких частотах может дать принципиально другие результаты.

Спасиб.