Ist die Messung von Rauschen als V/√Hz obsolet?

Nein, V/rtHz spielt immer noch eine Rolle.

Ich vermute, der Fehler, den Sie machen, besteht darin zu glauben, dass das Abtasten mit 1 Hz die Bandbreite des Eingangssignals verringert. Das tut es nicht, es wird nur unterabgetastet.

Wenn Ihre Rauschquelle wirklich breitbandig ist, würde der 20-MHz-Begrenzer seine Amplitude reduzieren. Wenn dies nicht der Fall ist, deutet dies darauf hin, dass das Rauschen auf weniger als 20 MHz bandbegrenzt ist. Was mit meinem Verständnis einer Zenerdiode mit Lawineneffekt übereinstimmt.

Erstellen Sie einen 1-kHz-RC-Filter und versuchen Sie es erneut.

Rauschmessungen hängen stark von der Messmethode des Instruments ab.

Die Ergebnisse ändern sich je nach Einrichtung für Acquisition Mode > Real-time, MemDepth und Sinx/x.

Ein DSO integriert das Signal nicht gleichmäßig über das Zeitintervall zwischen den Abtastungen, daher reduziert es den Signalpegel nicht mit Wobbelgeschwindigkeiten oder Abtastraten.

Deshalb müssen Sie verstehen, was es bedeutet zu haben$V/\sqrt{Hz}$von einem Zener, bevor Sie vorschlagen, dass wir eine andere Methode brauchen.

Daher ist Ihr Zenerrauschen konstant und die Messwertinterpretation ist falsch.

EDIT aus dem letzten Schema, Random Noise Power, ich schätze aus der TL081-Spezifikation von BW = 3 MHz mit Vpp / 8 = Vrms, dann nehme ich Pd = Vrms ^ 2 / R für R = 200k und die Rauschdichte als N = Pd / √BW also dB / Hz= 10 log ( Vrms²/R * 1/√BW) [dB/Hz]

Ein Spektrumanalysator verwendet eine einstellbare, aber feste ZF-BW für den Sweep, aber zufälliges Rauschen kann mit dem Videofilter BW weiter reduziert werden.

Bei anderen Messgeräten wie Chromatographie und Spektroskopie neigen die Hersteller dazu, den Konfidenzfaktor zu definieren,$t_a$und/oder die relative Standardabweichung RSD mit Standardabweichung STD und Mittelwert wobei$RSD=\frac{\sigma}{\bar{x}}$

Wir wissen, dass die Mittelung digitaler Samples mit zufälligem Rauschen die Standardabweichung um den verringert$\sqrt n$. Dies entspricht einer Erhöhung des Sample-Integrationswerts oder einer Reduzierung der √Bandbreite, was immer noch für V/√Hz gilt, aber nicht für Ihre Sampleraten gilt. Das Instrument ist speziell für maximale Signalbandbreite ausgelegt, um Transienten zu erfassen.

Es liegt an Ihnen, die Signalbandbreite zu begrenzen. Wenn dieses Signal 1/2 der Abtastrate überschreitet, wenn Sie eine langsamere als die maximale Rate wählen, können Sie Aliasing-Fehler bei sich wiederholenden Signalen und wenig oder keine Änderung des Zener-Rauschpegels erwarten. Diese Arten von ADCs mit variabler Geschwindigkeit und einstellbarer BW mit Konvertierungsrate verwenden Integrate-and-Dump-Converter (IDC)-Methoden und sind nicht so schnell wie S&H-SAR- oder Flash-ADC-Messungen, die in DSOs verwendet werden.

Es ist dieses Merkmal, das es dem Shannonschen Gesetz ermöglicht, scheinbar überschritten zu werden, indem eine große Signalbandbreite und eine kurze Abtastdauer bei gleichzeitig langsamer Abtastrate vorhanden sind. dh Abtastdauer und ADC-Auflösung bestimmen die Bandbreite über die Abtastrate hinaus.

Sonstiges Detail.

Die Abtastzeit oder das Intervall muss Shannons Grenzwert erfüllen, um fehlerfreie Ergebnisse zu erwarten und die Instrumentengenauigkeit zu erfüllen. Dies bedeutet für eine Unsicherheit von$10^{_-x}$Verwendung einer Auflösung$10^{_-y} ~$Wo$~^{y > x}$oder logarithmisch ausgedrückt ist die Unsicherheit$-10x ~~$[dB] Dies bedeutet, dass das Rauschen in der analogen Bandbreite B kleiner sein muss, was Shannons Abtasttheorem für die Bandsperrdämpfung des Signals beinhaltet. Obwohl also einige DSOs B anpassen, um Aliasing-Verzerrungen mit langsameren Abtastraten zu verhindern, tut dies Ihr offensichtlich nicht. Daher ist die Abtastzeit immer noch klein (bezogen auf Shannon-Nyquist-Filter B), was breitbandige Messungen selbst bei langen Abtastintervallen ermöglicht.

Der eigentliche Fehler, den Sie hier machen, besteht darin, dass Sie die Konzepte der Statistik der Samples und der Menge an Signalleistung, die diese Samples darstellen, miteinander verschmelzen. SNR ist per Definition ein Verhältnis von Signalleistung zu Rauschleistung.

Die Stichprobenstatistik hängt nur von der PDF (Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion) des Signals ab und nicht von irgendetwas, das mit Zeit zu tun hat, wie Bandbreite oder Abtastrate, wie Sie angemerkt haben.

Aber um etwas über die Stärke des Rauschens zu sagen, müssen Sie Informationen über seine Bandbreite hinzufügen, und die erhalten Sie nicht aus den Statistiken eines Zeitbereichs-Oszillogramms. Sie müssen eine Frequenzbereichsanalyse (z. B. eine FFT) durchführen, um die PSD (Power Spectral Density) des Signals zu bestimmen.

PSD wird in Watt/Hz gemessen, und wenn Sie in Bezug auf Spannung oder Stromstärke darüber nachdenken möchten, müssen Sie bedenken, dass Leistung proportional zu Volt im Quadrat oder Ampere im Quadrat ist, weshalb Sie am Ende von Volt/Hz sprechen. √Hz oder Ampere/√Hz.

Es ist wirklich in der Mathematik enthalten und hat nichts mit einer bestimmten Messmethode zu tun. Aber Sie müssen verstehen, wie sich die von Ihnen durchgeführten Messungen auf die Theorie beziehen.

Nachdem ich die Antworten überprüft habe, bin ich überzeugt, dass es sich tatsächlich um dasselbe handelt, nur anders ausgedrückt. Ich bin mir bei Watt / Hz nicht sicher, aber für die einfache Amplitude eines Rauschsignals gibt es sicherlich keinen signifikanten Unterschied zwischen V / √Hz und einer statistischen Darstellung von μ, σ. Sie sind nur zwei Seiten derselben Medaille.

Der siegreiche Beweis kam von EEVblog Dave's verrauschter Digitaloszilloskop- Erklärung . Schauen Sie sich um 6 min 50s. Das Rauschen sinkt, wenn die Speichertiefe sinkt. Das ist, was Sie statistisch erwarten und was ich mit meinem Rigol gefunden habe. Er verwendete ein Modell der Tek 3000-Serie, das erheblich mehr kostete. Die Bandbreite auf einem DSO ist durch Shannons Sampling-Theorie tatsächlich eng mit der Abtastrate verbunden. Daher wird eine Bandbreite von 20 MHz tatsächlich durch eine Abtastung mit 40 MSa/s dargestellt. Der grundlegende Punkt meiner Argumentation ist, dass die 40 Millionen Proben über einen beliebigen Zeitraum hinweg genommen werden können. Die Spitzenrauschspannung wird die gleiche sein.

Eine intuitive Erweiterung lautet: Die einfache Messbandbreite kann kein Faktor für den Rauschpegel sein, da dies bedeuten würde, dass der Lawineneffekt meiner Diode vom Kunststoffoszilloskop und den daran angeschlossenen Gummileitungen abhängt. Dies ist kontraintuitiv. Die Lawinenrauschcharakteristik einer Diode muss sicherlich nur von der Herstellung der Diode, ihrer Temperatur und ihrem Stromfluss abhängen. Nicht, welche Ausrüstung ich im Raum daneben habe. Das statistische Modell erfüllt diese Kriterien.

Ein μ- und σ-Modell funktioniert für meine Situation besser. Mit einem Mittelwert von 2,30 V und einer Standardabweichung von 162 mV möchte ich die maximal erwartete Rauschspannung mit einer Zuverlässigkeit von 99 % berechnen (100 Abtastungen über einen beliebigen Zeitraum). Dies ist eine elementare Statistik, die zu einem erwarteten Rauschspannungswert von 2,72 V führt. Ich sehe keine Möglichkeit, diese Größe mit dem alten (veralteten?) V / √Hz-Modell zu berechnen, da ich keine Frequenz habe, nur eine Anzahl von Abtastungen.