Extreem Low Noise voeding

Ha Blackdog,

Mooi om te zien dat een LT1068 minder lijkt te pruttelen dan de LM317!
Natuurlijk zijn er meer LM317 fabrikanten, met verschillende processen, en die zijn natuurlijk allemaal weer anders.
Maar toch iets om in het achterhoofd te houden voor kritischer toepassingen.

En sowieso erg fraai om dat zo zichtbaar te krijgen.
Wat dat betreft: De QuantAlysum is een audioanalyser, en dus niet geoptimaliseerd voor sub-laag. (net als mijn Clio, waar ik ook tegen dat probleem aan loop).
Je hebt nu dus een prachtige pre-amp, geoptimaliseerd voor 0,1-10Hz, maar de QA403 begint onder de 3Hz af te vallen. Bij mijn Clio meen ik ook nog 1/f ruis van z'n eigen opamps te zien, en mogelijk gepruttel van de ingangselco's.
Een scope is DC in, en dus eerlijk, maar dan is het weer lastiger te zien bij welke frequenties de pruttel zit...

1/f ruis meten is niet makkelijk
Ik probeerde dat in het verleden met een Picoscope (4262, 16bits), die is in elk geval recht tot DC. Maar de software is onhandig, en in het het spectrum zitten veel meer paaltjes die uit de Pico zelf komen dan bij Clio....
Met jouw preamp kun het te meten signaal ver boven de ruisvloer van de Pico tillen, en dan is die 16bit ook geen beperking meer. (Maar de Pico software wordt er niet beter van )

Groet, Gertjan.

Hi,

Dank weer voor de opmerkingen!
vandaag nog wat metingen gedaan en wel aan een LM399.

Eerst even een plaatje als referentie, maar hou er wel rekening mee dat er niet omschreven staat hoe de meting gedaan is van het Piek-Piek ruisniveau.
Ik vermoed echter dat dit ook met de zelfde filter eigenschappen is gedaan, als mijn EULER meetversterker heeft, dit omdat het al vrij lang de meetstandaard is voor meten aan referenties.
Dit plaatje laat over ene tijdsbestek van 250 seconden zien dat de ruis ongeveer 10µVPP is.
Hou er rekening mee dat dit een typical waarde is, er zijn vrij grote verschillen, meetinstrumenten fabrikanten doen hele lange metingen aan de LM399,
bij Keysight dacht ik langer dan 6 maanden voor een LM399 in een meetinstrument komt, dit zover mijn kennis rijkt.

.
Nu drie plaatjes van de LM399 via de QuanAsylum met verschillende middeling, let ook op de schaal aan de rechter zijde, deze is anders dan bij de LM317 type metingen, het ruisniveau is duidelijk lager.
De eerste foto is zonder middeling gemaakt.

.
Nu is er 10x middeling toegepast, voor het inschatten is dit mooi genoeg, maar zou het nog beter kunnen?

.
De verschillen naar een flinke stap meer middeling maakt het weinig beter, dus zonde van de meettijd.

.
Plaatje van een oud LM399 testprintje dat ik heb gebruikt voor deze metingen, op het stukje printplaat vastgezet naast de LM377 testprint.
De Zener stroom voor de LM399 wordt door een LM334 verzorgt en is temperatuur gecompenseerd door een extra diode en weerstand, wat een applicatie is uit de LM334 datasheet.

.
Maar hoe ziet het scoop plaatje er uit van een LM399 ruismeting, nou die staat hieronder, drie maal gedaan door foutjes die ik maakte, had ik eindelijk een vol scoop beeld,
had ik met mijn dikke vingers weer aangeklikt dat het kanaal stroom meette, weer 16 minuten meettijd weg gegooid.
De meetgegevens komen aardig overeen met de waarde in de datasheet van de LM399.

.
Conclusie van dit stukje
Het is toch aardig mogelijk onderscheid te maken tussen een LM317 en b.v. een LM399 referentie diode wat de ruismetingen betreft.
Hou er rekening mee dat deze metingen voor mij ook nieuw zijn, de meeste ruismetingen heb ik gedaan met mijn Audio Precision meetset, maar die is niet zo geschikt voor metingen in de hele lage frequenties.
Als ik het goed heb, gebruikt de Audio Precision meetset een mooie AD637 RMS converter, maar die is door de middeling die moet worden toegepast, niet geschikt voor echt lage frequenties.
De Keysight 3446x multimeters kunnen vrij goed tot zo'n 5Hz meten, daar beneden gaat het ook niet goed meer, de Keithley 7510 DMM heeft als ik het goed heb voor AC ook een AD637 aan boord.
Dan hebben we nog de Digitizing mogelijkheid van de multimeters die ik heb, welke je misschien ook zou kunnen gebruiken, wat ik al een beetje doe met de grafische weergave van de stabiliteit.
Ik heb echter geen idee hoe het met de bandbreedte en ruis van de Digitizing meetinstrument zelf zit, dit moet ik nog verder gaan uitzoeken.
Dan zou ik bij projecten drie manieren hebben om de ruis tussen 0,1Hz en 10Hz redelijk goed te kunnen inschatten, ondanks dat ik bij wat meetinstrumenten aan de rand van hun kunnen zit.

En dan verder vandaag twee 317 type regelaars thermisch tegen elkaar zetten en dan kijken wat hun temperatuur verloop is.
Het gaat dan om een LM317 van TI, Motorola, ST of National en de LM1086 die een beter ruisgedrag had.

Groet,
Bram

Ha Bram,

Weer mooie en leerzame metingen!
Een paar gedachten:

Is het wel een goed idee om die spectra te middelen?
Als je naar dat LM399 datasheetplaatje kijkt waar je mee begon, dan zie je dat daar allemaal a-periodische verschijnselen in zitten. Die verdwijnen met middelen, en dat is jammer.

En een oude raad van rbeckers: bij ruismetingen de dot join van je scope uitzetten. Dan zie je beter het karakter van de ruis...

groet! Gertjan.

Ha blackdog,

Vraag waarom meet je met een scope
Of anders gevraagd wat is de reden dat je gaat digitaliseren....
Ik meet analoog piek in een tijdslot ruis is nagenoeg niet te digitaliseren zeker niet met een moderne teken machine.
Voor een redelijke ultra laag meting ben je 3 uur kwijt het specificeren van 1/f ruis heeft alleen zin als je het over lange tijd bekijkt.
Mijn ervaring het heeft voor een DC spanning referentie totaal geen zin je PID regelaar gooit alles er af.
Ik zie de laagfrequent fluctuatie wel terug in je plaatje maar goed kijken dat zijn niet de naaldjes die naaldjes is een ander proces !
Op de grafiek die je van LT hebt bijgevoegd is dit mooi te zien.
En middelen kan alleen statisties (afhankelijk van het meetapparaat).
Weet je welke ADC er in de geluidsbox zit?

Groet,
Henk.

Hi,

Kijk naar wat ik probeer te bereiken, dat is naar het stukje van 10 seconde dus 0.1Hz tot 10Hz tijdens deze metingen aan diverse componenten.

0,001Hz en langer kan ik zien in de drift metingen met een goede DMM.
De scoop geeft mooi de ruis aan binnen de bandbreedte waarmee ik meet.

Wat betreft de metingen met QuantAsylum en de middeling, ik laat juist zien met de drie metingen wat de verschillen zijn.
Ja met middeling haal je de random pieken weg, daar is dus middeling voor.

Wat overblijft is een bepaald gemiddelde en als je naar de LM317 metingen kijkt en de LM399 kan je het verschil zien.
De LM399 heeft duidelijk minder ruis dan de LM317 regelaars en als je goed kijkt, kan je ook zien dat de ruisband van de LM399 vlakker is.
De LM399 heeft duidelijk minder last van 1/F ruis omdat binnen de frequentieband waar binnen gemeten word,
zou je naar b.v. 0,001Hz tot 0,01 Hz kijken bij de LM399, dan kan het best dat mijn LM399 op het testbordje richting de 0,001H meer ruis gaat krijgen.
Als ik dat goed zou willen meten, moet ik aardig wat stappen gaan zetten om te zorgen dat de omgeving van de D.U.T. heel goed gecontroleerd wordt.
Dat zijn dus b.v. stabiele voedingen, zeer goede afscherming, temperatuur stabiel houden enz, dat is geen kattenpis.

Je kan op meerdere manieren naar het gedrag kijken van je D.U.T. uren, dagen, maanden metingen is voor dit project niet van toepassing.
Maar ik vind het zeker intressant om te weten hoe je dat goed doet.

Jim Williams heeft een test schakeling eens gebouwd met piek detectoren zodat je over en bepaald tijdstraject de maximale piekwaarde kan vastleggen van de ruis van een spannings referentie.
B.v. dus als je in je datasheet specificeert 10µV TT ruis over 10 seconde dan kan je dat op die manier meten meten en vastleggen.

Hoevaak er popcorn plopjes optreden bij een bepaald product, hoe je dat meet hangt geheel af van wat je belangrijk vind.
Ik moet hier nog ergens wat data hebben van testen van spanning referenties die heel lang gemeten zijn en ook metingen tot zoiets als 0,001Hz van een aantal referenties.
Als ik ze weer gevonden heb, die documenten zal ik hier een linkje plaatsen, maar nogmaals valt buiten dit project maar dus zeker intressant.

Wat ik al aangaf, ik ben aan het leren hoe ik met de spullen die ik nu heb allerlij metingen kan doen, verschillente tools die overlappende en ook verschillede uitkomsten laten zien.
Leren, fouten maken, beter doen, het het hier delen, dat is het doel met als uitkomst een voedinkje dat een stuk voorbij schiet in de eigenschappen van professionele producten die er te koop zijn.

Plaatje met DOT meting op verzoek van Geertjan.
Met opset het plaatje niet kleiner gemaakt, ik kan niet goed inschatten of dit nu een betere presentatie is van de LM399 ruis, de meetsetup is verder het zelfde gebleven.
Oja, met je mobiele telefoon werken in de buurt is geen goed plan om dit plaatje te kunnen maken.
Ik denk dat de normale modus van de scoop toch een betere indruk geeft van de ruispieken tijdens de meting bij lage frequenties.

.
Maar ik hoor natuurlijk graag wat jullie mening is met onderbouwing, ik wil nog steeds leren.

Groet,
Bram

Ha Bram,

Je hebt natuurlijk helemaal gelijk dat je meetmethode helemaal afhangt van wat je in kaart wilt brengen. Vaststellen wat de gemiddelde ruis is van een component is iets heel anders dan speuren naar popcorn plopjes, en vereist dus ook een andere aanpak.
Weinig dingen zijn zo leuk als spelen met meetmethoden om te ontdekken wat wel en niet zinnig is, en wat voor een bepaalde doelstelling de beste resultaten geeft

.
Wat betreft die dot-join:
De scope doet een reeks metingen, dat zijn de puntjes. Voor ons gemak kan de scope daar lijntjes tussen berekenen: de dot-join functie. Zo zie je makkelijker dat het signaal een sinus of een blok is.

Die dot-join is dus handig om golfvormen te herkennen. Maar ruis is geen golfvorm, maar een willekeurig, random fenomeen. Elke momenteel gemeten spanning is willekeurig anders. En als je daar dan lijntjes tussen gaat trekken, dan verberg je informatie, in plaats van dat het duidelijke wordt....

In het door mij gelinkte topic in m'n vorige post was in mijn eerdere meting, met de dot-join aan, alleen een band van ruis te zien.
Met de 2e meting, met dot-join uit (alleen de puntjes) kun je duidelijk zien dat er een Gaussiaanse distributie in de ruis te zien: Veel meer puntjes rond de nullijn, die steeds minder worden naarmate je verder van de nullijn afkomt.
In de eerdere meting werd dat gemaskeerd door de lijntjes.

.
Terug naar jouw meting:

^{klik voor vergrote versie}

Als je naar de vergrote versie van je plaatje kijkt, dan zie je in het linker rode vakje een hele serie puntjes. Dat was dus een heel stel metingen waar een hoge piek zat. (iets als in je LM399 datasheet plaatje bij 100 en 225sec)

Maar in het rechter rode vakje staat maar 1 enkel puntje.
Als de dot-join had aangestaan, dan zou je geen enkel verschil gezien hebben tussen deze twee, terwijl die linker waarschijnlijk een echte popcorn is, terwijl die rechter slechts een statistische buitenligger is. (die heb je nu eenmaal ook in een Gauss distributie...)

Dat beeld wordt versterkt omdat onder het linker rode vakje ook in de ruisband nog een band van puntjes zit, terwijl er onder het rechter rode vakje in de ruisband weinig puntjes te vinden zijn.

groet! Gertjan.

Ha die Gertjan,

Ik begrijp wat je bedoeld, maar het is denk ik nog complexer, b.v. het verticale kader dat je hebt gemaakt kunnen de punten in tijd ook naast elkaar liggen.
Maar dat langwerpige kader kan je zo beter beschouwen in de dot modus als een stukje popcorn noise.

Mooi het volgende, een vergelijking tussen twee LM317 type regulators betreffende de temperatuur stabiliteit bij ongeveer de belasting die de regelaars krijgen in mijn schakeling.

Ik heb twee regelaars van verschillend type/merk via een dik Alu oxide plaatje aan elkaar gekoppeld.
Dus beide regelaars hebben hierdoor vrijwel de zelfde temperatuur.
Beide regelaars hebben hun eigen instelweerstanden en dat is 56Ω tussen adjust en de uitgang en 500Ω tussen de adjust en massa wat resulteert in ongeveer 23,5mA per regelaar.

Hier zijn de instelweerstanden te zien, de bruine elco is een 220µF ontkoppeling van de 500Ω naar massa, welke ook het meeste dissiperen van iedere regelaar.
Ik heb print aansluitoogjes gebruikt om de regelaars aan te sluiten zodat ze met en beetje moeite weer los te solderen zijn om eventueel meer regelaars te testen.
De regelaars zijn wat de uitgang niet aan elkaar verbonden, aan beide zijden is een isolatie busje gebruikt om ze gescheiden te houden.
De massa's en de ingangen zijn wel doorverbonden omdat dit de meting niet schaad.

Ik heb met wat snelle lijm en granulaat een 10K-NTC op het plaatje gelijmd om de temperatuur bij te kunnen houden,
dit t.o.v. de DC drift door de temperatuur verhoging die optreed door dissipatie.
Het dunne draad heb ik ook een stukje vast gelijmd aan het plaatje zodat de gemeten temperatuur zo reel mogelijk is.

De draadbrugjes zijn aangebracht om de meet klemmen aan te sluiten.

.
Hier hangen alle meetklemmen aan het printje.

.
Jaja een "Hoogbeeld TV" plaatje gemaakt met de IR camera, hier is te zien dat de weerstanden de meeste warmte dissiperen. (Hoogbeeld TV wie kent het nog? )

.
Dit is de LM1086 en ongeveer 3 minuten meettijd, verticale schaal is hier 0,2mV/Div.

.
En dit is de ST LM317T bij ook ongeveer 3 minuten meettijd en de verticale schaal bij deze is 6mV dat is denk ik wel een vrij groot verschil in temperatuur gedrag.

.
Nu weer een plaatje van de LM1086 maar dan bij ongeveer 10 minuten, de schaal is ingezoomd en de ruisbalk is vrijwel horizontaal en de schaal is 30µV/Div over de vijf minuten meettijd.

.
En ook een plaatje van de ST LM317 het is duidelijk zichtbaar dat deze regelaar nog steeds niet temperatuur stabiel is en de schaal is 2mV/Div over ongeveer de zelfde vijf minuten meettijd.

.
Er liep nog een derde multimeter mee, en deze geeft de temperatuur weer, opgenomen d.m.v. de gele NTC die op het plaatje geplakt zit.

.
Door deze metingen is het mij wel duidelijk dan de LM1086 een duidelijk betere regelaar is dan de standaard LM317.
De LM1086 heeft een lagere ruis en is temperatuur stabieler, maar hou er rekening mee dat ik maar 1-stuks LM1086 hier gemeten heb, wat voor mijn projectje nu voldoende is.

Trek niet de conclusie dat een LM1086 altijd beter is dan de LM317, vergelijk de datasheet voor jullie toepassing, de LM1086 mag b.v. maar 29V Max. tussen de in en de uitgang hebben.
En dat is duidelijk minder dan de 40V van de LM317.

Ik weet voor nu voldoende en zorg bij de volgende bestelling dat ik nog wat LM1086 er bij zet voor nog wat meer testen.

SHOOT!

Groet,
Bram

Ha blackdog,

Ik heb nog nagedacht omtrent de ruis meting, maar jou opmerking

Kijk naar wat ik probeer te bereiken

dat was nu juist de vraag die ik stelde..... dat weet ik niet
Omdat ik alleen scope plaatjes zie vroeg ik mij af wat zie je erin ook ik leer graag van een andere zijn ervaringen

Wat je wil meten is mij nu duidelijk en de meetopstelling, ook de is helder alleen twijfel ik aan de meetmethode om op deze wijze jou doel te bereiken.
Als we een meting doen om het even wat kunnen we ons afvragen waarom we de meting doen, waarom meet je een spanning of stroom ?
In jou situatie kan ik mij voorstellen dat het niet om de ruis als fenomeen gaat maar om de afwijking van de DC spanning of DC stroom vast te stellen.

Als het de bedoeling is om de ruis spanning in een gegeven bandbreedte te meten dan kan jou meetmethode er voor gebruikt worden maar,
voor de afzonderlijke ruis componenten is de methode niet bruikbaar.
Ik denk wel dat je alle apparatuur bezit om wel goed te meten het enige wat je nodig hebt is een DC analyzer zeg een SMU of een transistor tester I/V analyzer.
Die zou je kunnen samenstellen 8,5 digit multimeter FFT analyzer en autocorrelator.
Wat je dan niet meer nodig heb is een filter en versterker.....

Maar je ben weer verder zo snel kan ik het niet bijhouden
De LM1086 is een oude LDO (1999) maar minder warmte (veel minder) nadeel deze regelaar moet veel strakker gebruikt worden.
In de jaren 70 nog ver voor het schakeltijdperk gebruikten we deze uitgangsconfiguratie (transistor) in de CATV versterkers met,
een paar taps op de trafo.....
Dit zijn dan ook twee geheel verschillende componenten !

Waar ik wel benieuwd naar ben is of je de meetopstelling zonder DUT kan nullen ?
Dan kan je in ieder geval de nul drift compenseren.
En ik neem aan dat de voeding vele malen beter is dan het sample.

Groet,
Henk.