Eine ganz normale Aufnahme einer der Ausgangsspannungen in der kleinsten Vertikalskalierung von 5mV/DIV, die der 7A16A (20 MHz Position) im 7704A leisten kann. Eine völlig unspektakuläre DC Aufnahme. Man kann aber schon ganz leicht erkennen wie die 50 Hz des Transformators durchsprechen.

Dieses Gerät wurde niemals mit dem Anspruch auf maximale Unterdrückung der Netzfrequenz konzipiert und gebaut. Dazu müsste die mechanische Konstruktion völlig anders aussehen. Die Leiterplatte in 5mm Abstand direkt über den Transformator zu positionieren ist aus dieser 50Hz Sicht ein völliger Wahnsinn, aber das wußte ich schon vorher bevor überhaupt damit begonnen wurde. Aber dafür dass die Leiterplatte nächstmöglich über dem Transformator liegt, spricht nur eine sehr geringer Anteil des Transformators über, schon beachtlich, es gibt genug andere Geräte die trotz deutlich höherem Abstand diese Werte nicht erreichen.

Man muss das so sehen, das Gerät ist nur eine "Rohspannungsversorgung", die mit einem nachfolgen Spannungsregler dann im Endgerät am "Point of Interest" mit problemloser Leichtigkeit die 50Hz und die AC Oberwellen wieder herausfiltert. Nahezu jeder Spannungsregler oder alleine schon ohne Post-Spannungsregler die PSRR (Betriebsspannungsunterdrückung) der Operationsverstärker hat mit 50Hz überhaupt kein Problem.

Hier wird die Störung ins Kupfer einiduziert bzw. schleicht sich auch ein in die aufgespannten Flächen der Feedbacksysteme der Spannungsregler, der Spannungsregler kann absolut nix dafür, wenn man ihm diese Nähe zu Störfelder zumutet!!! Es ist einzig und allein der "wahnsinnge" Aufbau nur 5mm vom Transformator entfernt die Leiterplatte zu plazieren. Würde man aber die Leiterplatte nicht so nahe am Transformator positionieren, würde es niemals gelingen zwölf verschiedene Power Supply auf derart engstem Raum zu verbauen. Das Gerät musste einfach klein sein, das ist der Preis dafür.

This power supply were never designed with the purpose of rejecting the AC-line components to a minimum level, if you want to do this the PCB should not be mounted very close to the transformer, that's really crazy.  For a maximum AC-line rejection the mechanically orientation should be quite different, but than you won't include twelf power supplies within that small box. Fortunately op amps and voltage regulators don't have much problems with rejecting AC-line components to a moderate level. Their power supply rejection ratio is high in this low frequency area. In general, if AC-line problems appearing in a design, in most cases the reason are not the parts. In most cases the mechanical design allows a induction in the ground, feeedback loops, high impedance inputs or similar.

Hier wurde zur Aufnahme nun der Rauschanzeiger mit der Bandbreite 10 Hz - 100 kHz eingesetzt und das ergibt mit diesem Gerät eine Vertikalauflösung von 100µV/DIV. Das Oszilloskop zeigt natürlich weiterhin in seinem Readout die 100mV/DIV des 7A16A an; dies sei zur Anmerkung gesagt es gibt genug Leser, die noch nicht mit einem 7000er Oszi gearbeitet haben und die Eigenarten dieses Readout Systems noch nicht im Detail durchschauen konnten. Z.B. die 12.14V unten rechts wurde mit einer 7M13 Readout Unit in die CRT eingeschrieben. Getriggert wurde immer auf "AC Line".

Diese 1000fach Lupe zeigt Details gnadenlos. Selbstverständlich kommen damit die 50 Hz und deren Oberwellen deutlich zum Tragen. Ansonsten ist der Spannungsregler wunderbar rauscharm, das zeigt sich, da der Strahl dünn ist. Es ist eine Definitionsfrage wie nun der Störspannungsabstand bewertet wird, ob DC zu Peak, zu Peak-Peak oder zu RMS. Eigentlich ist das egal, solange im klaren ist wie die Zahlen entstanden sind. 

Zum Vergleich zu den vorhergehenden Messungen, die +15V Spannung des vergossenen Netzteil im linken Bild mit dem Rauschanzeiger auf 200µV/DIV dargestellt. Eigentlich schon ganz brauchbar, aber logischerweise hat sie nicht die Qualität wie die der nachgeschalteten Spannungsregler, insbesondere das Rauschen ist deutlich um Größenordnungen höher.

Die 50 Hz Störung und deren Oberwellen sind auch vorhanden, sie ist durch das breitbandige Rauschen überdeckt und erschwerter sichtbar, der Wellenzug stammt von den 50 Hz. Dieses breitbandige Rauschen das wäre jetzt im Gegensatz zu den 50 Hz von der PSRR (Betriebsspannungsunterdrückung) nachgeschalteter Operationsverstärker oder Spannungsregler nicht mehr so leicht ausfilterbar. Der Einsatz passiver Filter mit geschickter Leiterbahnführung ist in solchen Fällen hilfreich, solange der Filter kaum belastet würde oder natürlich ausreichend schnelle Regler.

Das rechte Bild zeigt den Spannungsverlauf am Oszilloskop ohne den Rauschanzeiger, die Störungen kommen bereits deutlich zum Vorschein.

Mit der genauen Kenntnis über das eigene Messequipment sind auch deren Fehlerquellen bekannt. Gerade z.B. beim Messen mit dem Rauschanzeiger spielen einem 50 Hz Einstreuungen gern einen Streich, aufpassen ist angesagt. Daher zur Verifikation, dass die heute beobachteten Störungen tatsöchlich auch vom Testobjekt stammten und nicht vom Aufbau erfolgte die Versorgung des Testkandidaten aus einer externen AC Quelle. Mit dieser galvanisch getrennten Power Quelle lassen sich zumindest galvanische Verkopplungen in der Test Equipment Anordnung ausschließen.

Im direkten Vergleich bei identischen Messbedingungen. Das linke Oszillogramm zeigt die Versorgung aus der externen AC Quelle, das im unbelasteten Zustand eine Spannung liefert die höher liegt als die 230V aus dem Netz. Zu erkennen auch der Spannungsverlauf dieser AC-Quelle ähnelt prinzipbedingt mehr einer rechteckförmigen Spannung. Die Netzfrequenz liegt auch etwas über 60 Hz und nicht bei den gewohnten 50 Hz der Energie Versorgungsunternehmen.

Das rechte Bild ist die Messung aus dem 50Hz Energieversorger Netz, deren Sinusspannungen in aller Regel aber auch einen leicht trapezförmigen Verlauf im Sinus aufweisen. Klar und deutlich im rechten Bild zu sehen, die angelegte AC Energieversorger Spannung hat deutlich mehr sinusförmigen Charakter als der rechteckorientierte DC/AC Wandler.

This is a verfication if the 50Hz components are really exist in the DUT - they are. The left photo shows the use of a battery powered DC/AC converter, There is no glavanic coupling in the test equipment configuration. Sometimes it is important to verify your test asembly. Nice to see the diffence between sinusoidal and rectangular power.

Messung mit 3403C in der Bandbreite 10Hz bis 100MHz. Auch hier erfolgt keine Anzeige eines Störsignales bei BAT 13V, das Messgerät zeigt lediglich nur noch den Pfeil nach unten, der sagt "bitte einen noch kleineren Messbereich verwenden", es ist natürlich schon im kleinsten Bereich. Es ist auch gleichgültig welcher der beiden Ausgänge (Ref oder Bat) an den RMS Messgeräten benutzt ist.

Dargestellt wird ein Frequenzbereich von 0.1 kHz/DIV, d.h. links 1 Hz ganz rechts 1 kHz. Z.B. bei 800 Hz beträgt der Messwert 60 dBV unterhalb der eingestellten Input Sensitivity von -70dbV. Die beiden Zahlen lassen sich im Betrag addieren zu -130 dBV als Störpegel. Der Signalpegel (DC 10,000 Volt) liegt bei +20 dBV. Daraus errechnet sich ein RMS Signalverhältnis von:

Für eine mit AC angetriebe Lösung ist das ein schönes Ergebnis.  Zu sehen ist auch wie das Rauschen mit sinkender Frequenz zunimmt, das wird als 1/f Rauschen bezeichnet und ist unschön, aber vollkommen normal.

Das hier ist die gleiche Messung wie zuvor, lediglich wurde nun die Resolutio Bandwidth auf 1 Hertz reduziert. Dies ist die extremste Messung zu der dieser Analyzer 3480A in der Lage ist.

This is the same measurement like above, only using a bandwidth of 1 Hz, this is the most extreme measurement this spectrum analyzer is able to do. Such a measurement would take from left to right 10*200 s = 2000 seconds. After four divisions I decided to go for lunch.

Wenn man Mist mist ist das ein schönes Beispiel hierfür. Hier könnte man jetzt sagen die AC Anteile, die kommen halt noch vom Netzteil durch und werden von der Referenz durgereicht. Dem ist nicht so, die Störungen sind einzig und allein verursacht durch die räumliche Nähe des Transformators zur Analzer Eingang. Stellt man den Trafo ca. 1,5 Meter davon entfernt auf unter der Nutzung eines längeren Kabel so ergeben sich die beiden ersten Messungen, bei denen nichts von AC-Anteilen zu erkennen ist. Viele Leute würden in solchen Fällen gern postulieren, der AC Fehler entsteht dadurch, dass eben nicht alles vom Netzteil herausgefiltert worden ist und von der Referenz durchgereicht worden ist - ja man könnte es leicht glauben - es wäre aber purer Nonsens. Noch viel schlimmer wäre es wenn hierfür die Bauteile verantwortlich gemacht worden wären - die sind unschuldig - in diesem Fall beweisener Maßen nur die Einstreuung in den Analyzer Eingang. Man muss gerechterweise jetzt aber auch den Analyzer in Schutz nehmen und sich mal kurz darauf besinnen auf welchen kleinen Pegeln hier gemessen wird.

If you are doing a mistake the excellent measueremt of before looks like AC disturbed. The AC components which appears in the CRT they are not part of the reference output voltage! The AC components are inducted directly by the electromagnetic field of the transformer standing close to the analyzer. This is the same measuremt as above! The measurement above using the long cable, there was standing the transformer about 1,5 meter away from the analyzer. You always should be aware what you are measuring, many people would blame the circuit or the IC's for the AC components - but it's not - in this case it was the elctro-magnetic field in the near of the analyzer input.

Hier wurde das Netztei drekt gemessen, die AC Anteile, die sich im Oszilloskop schon angekündigt hatten sind hier leicht am Analyzer zu erkennen. Allerdings spielt es bei dieser Messung keine Rolle mehr ob der Transformator in der Nähe des Analyzer Eingangs steht oder nicht, es sieht immer gleich aus. Das liegt daran die in den Analyzer Eingang einstreuenden Anteile sind deutlich geringer als die sich bereits in echt auf dem 13,64 Volt Ausgang tatsächlich befindenden Signale.

This shows as example the +13.64 volts output of the power supply, with the unwanted AC-components. It doesn't matter if teh transformer is placed closed to the analyzers input. The inducted levels in the analyzer are smaller than the AC components which are really exists on the 13.64 volt output.

Auf der Rückseite der Referenz befindet sich der passive low noise Ausgang der 10,000 Volt Referenz aus einem Tiefpass mit 47 Ohm und 220 µF. Das Netzteil steht hier ca. 1,5 Meter vom Analyzer Eingang entfernt. Dieser Filter bekämpft etwas das höherfrequente Rauschen der Referenz. Aber leider sind jetzt an diesem Ausgang auch unerwünschte AC-Power Anteile zu entdecken, die in der treibenden Quelle nicht vorhanden sind. Dies ergibt den Verdacht sie werden in den Filter induziert. Der Abstand zwischen Referenz und Netzteil ist bauartbedingt immer noch sehr gering und der Filer hat intern ein paar ungeschirmte Anschlußleitungen. Auch der 47 Ohm Innenwiderstand der Low noise Quelle ist hochohmig verglichen zur aktiv geregelten Referenzspannung. Ich vermute diese AC Anteile sind eininduziert bedingt durch den Aufbau und die kurze Entfernung der Referenz zum Transformator. Um diese Sache aber nicht zu kritisch darzustellen sollte man anmerken über welche Pegel wir hier bereits sprechen. Der Rauschpegel des Analyzer liegt bei ca. 30 Nanovolt. Erreicht wird ein Signal-to-Noise-Ratio (SNR) von ca. 160 dB oder als Spannungspegel ausgedrückt (70dBV + 70dBV = 140 dBV, das sind gerade einmal 100 Nanovolt. Als ppm ausgedrückt bezogen auf 10 Volt sprechen wir hier von einer 0,01 ppm AC-Störung, das entspricht etwa einer Störung, die gerade einmal einer Vertiakalauflösung von 26 Bit entsprechen würde. Ich denke in diesem Bereichen darf man anfangen aufzuhören zu kritisch zu sein.  


On the back side of the reference there is a passive low pass filter of 47 ohms and 220µF for the 10.000 volt. This passive filter decrease the thermal noise additional as it can be observed on the CRT. This measurement use AC-power and the transformer stands about in a 1.5 meter distance from the analyzers input. There are AC-Components observable. I can't explain where they come from. This filter is driven by the clean 10.000 volt reference and that reference is AC-power components clean !!! The only difference, the reference output has low impedance nature and the passive filter has internal some unshielded wires and a source impedance of 47 ohm, high compared to the active regulated reference output. It ist possible that the voltage inducted into the 47 ohm resistor and the internal unshielded wires, because the distance between transformer and the reference is still near. Only the thermal noise is reduced by the filter, it seems like some AC-power noise has been inducted. We talking here about SNR levels of about -160 dB or expressed as voltage -70dBV + -70dbV = 140 dBV equal to 100 nanovolts over a 30 Hz Resolution Bandwidth. A one Hertz Resolution Bandwidth  measurement would be interesting to reduce the inducted noise level. With about 30 nV the noise floor of the analyzer has been reached.

Hier nocheinmal der low noise Ausgang, diesmal aber betrieben mit der Batterie. Die AC-Anteile sind nun verschwunden, auch das Rauschen hat sich ein klein wenig verbessert. Sehr schön sieht man auch das 1/f Rauschen, Bereiche in denen der Filter nicht wirksam ist. Diese Bereiche sind sehr schwer ausfilterbar, leider sind es aber auch Bereiche , die gerade für Sampling Systeme und auch für die Kalibration interessant sind.

Here the same measurent of the low noise 10.000 volt output, only this time battery powered. The unwanted AC signals disappeared, also the noise level improves a little. Very nice to see the increased noise in the low frequency range. These low frequency noise is almost impossible to filter out, filtering getting more an more difficult with decreasing frequency. Unfortunately the low frequencies are very interesting for many sampling systems and calibrations systems.