전원 노이즈 분석

실험실에 있는지도 몰랐었던 16bit DAQ를 발견한 기념. 실험에 사용하는 전원의 노이즈 분석 특집.

실험에 사용된 장비들

• Agilent 33220A Function Generator
• Agilent U2352A USB DAQ device
• Agilent 34401A DMM
• REF5030A voltage reference

실험 개요
33220A의 DC output에서 나오는 DC 전원과 REF5030A로 만든 전원의 노이즈 정도를 비교해본다.
두 전원 모두 오실로스코프의 해상도 범위를 넘어서는 깨끗한 전원을 보여주고 있기 때문에 이 실험의 목적은 "전원의 노이즈를 본다" 보다는 "전원의 노이즈를 볼 정도로 정밀한 ADC를 수행한다"에 가깝겠다.

U2352A는 250kSa/s의 16bit ADC를 가지고 있지만 16bit 정도 되면 온갓 노이즈 소스에 무방비로 노출되는 수준이기 때문에 신호원을 단순히 ADC했을 경우에는 아주 노이지한 결과를 볼 수 있다.

33220A 출력 전압 ADC 결과. 위로부터 1kHz, 8kHz, 64kHz sampling.

위 그래프를 보면 1.5V 기준 대략 15mV p2p로 노이즈가 끼어 있다. sampling frequency를 바꿔가며 실험한 이유는 oversampling을 하기 위해서이다. 각각 8배, 64배 oversampling한 결과는 아래에서 볼 수 있다.

33220A 1.5V 출력 전압. 1) 1kHz sampled raw signal. 2) 8kHz oversampled(x8). 3) 64kHz oversampled(x64)

당연한 이야기이겠지만 oversampling한 만큼 SNR이 감소하는 것을 볼 수 있다.




다음은 REF5030A로 만든 3.0V 전원에 대한 실험.

REF5030A의 출력전원. 위로부터 1kHz, 8kHz, 64kHz sampling

REF5030A 출력전원 oversampling 결과. 1) 1kHz raw signal. 2) 8kHz oversampling(x8). 3) 64kHz oversampling(x64)

실험방법은 동일하다. 그런데 oversampling한 결과를 보면 아주 큰 노이즈가 하나 보인다. 뭘까 싶어 FFT를 해 봤더니...

REF5030A 출력전원 x64 oversampling한 결과를 FFT

120Hz 노이즈다. REF5030A의 공급전원을 저렴한 power supply에서 받아왔더니 AC 노이즈가 끼여든것으로 추정. 그래서 베터리 전원으로 바꿔서 동일한 실험을 다시 해 봤다.

REF5030A(Battery 동작) 출력전원 ADC 결과. 위로부터 1kHz, 8kHz, 64kHz sampling

REF5030A(Battery 동작) 출력전원. 1) 1kHz raw signal. 2) 8kHz oversampling(x8). 3) 64kHz oversampling(x64)

실험의 목적아닌 목적인 DAQ 사용법 배우기는 성공이고...
결과를 해석해 보면

• 33220A function generator의 DC output : 1.5V 출력에서 700uV p2p의 노이즈.
• REF5030A의 출력전원: 3.0V 출력에서 2.2mV p2p의 노이즈.
  

그리고 low-noise 실험할 때에는 power supply를 쓰지 말자.