Confusión con la relación entre SNR, divisor de voltaje y conceptos de amplificador

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Imagina que tienes una señal de entrada s (t). Y la señal por supuesto tiene algo de ruido n (t). Así que digamos que el valor de SNR es x.

Ahora, si atenuamos esta señal mediante un divisor de voltaje entre 100, digamos, ¿la SNR de la señal atenuada seguirá siendo la misma o?

Considere los siguientes dos escenarios:

1-) Registro datos de voltaje de una señal que varía entre -100mV y + 100mV.

2-) Y en el segundo caso, registro el voltaje con la misma resolución "después de amplificar esta señal por el factor 10", lo que significa que registro como -1V a + 1V.

Dejando de lado la contribución de ruido del amplificador, ¿de qué manera es mejor en la práctica? ¿Por qué?

    
pregunta user164567

4 respuestas

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Aquí está la cosa, el ruido es en realidad un nombre inapropiado, la distorsión de la señal es lo que realmente debería llamarse.

Cada vez que pase una señal a través de algún componente o incluso un rastro de cable, la señal que sale por el otro extremo TENDRÁ cierta distorsión en comparación con la señal original. Algo de eso es "filtrar" y "reflejar" algo de eso en el acoplamiento cruzado de otras señales fuera de la ruta de señal deseada (ruido).

Separador de voltaje

Si puede pasar su señal con una relación señal a ruido de X a través de una división ideal por 10 divisores de resistencia, su señal todavía tendrá la misma "relación de ruido" de X.

Desafortunadamente, en realidad no existe tal cosa como algo ideal.

Después de la división, la señal se distorsionará un poco por inductancias y capacitancias y la física del resistor en sí. Además, acaba de construir un mezclador de señales para agregar cualquier ruido en el lado del suelo. La cantidad de distorsión que se introduce depende de la calidad del circuito y la naturaleza de la señal. La distorsión del "ruido" podría ser menor, pero generalmente será mayor.

Hazlo tarde

La reducción de un nivel de señal generalmente es algo que se debe evitar. Como ya mencioné, en realidad está mezclando el ruido de fondo, pero también está produciendo una señal que ahora es más SUSPENDIENTE al ruido ambiental en el sistema. Como tal, si es absolutamente necesario reducir una señal para alimentar a algún dispositivo, como un ADC, es prudente hacer esa reducción tan tarde como sea posible en la cadena de procesamiento de señales, y físicamente lo más cerca posible del ADC. / p>

Amplificación

Lo mismo ocurre con la amplificación. La señal de entrada junto con el ruido se distorsionará nuevamente en el camino a través del amplificador. Diferentes frecuencias serán nuevamente distorsionadas por diferentes cantidades. En realidad diseñamos circuitos para aprovechar eso y los llamamos filtros.

En cuanto a alimentar un ADC.

Los ADC comparan una señal de entrada con una señal de referencia. Obviamente, si la referencia es ruidosa, obtendrá errores de comparación de LSB. Si hay un nivel de ruido ambiental, entonces eso puede acoplarse y producir un "componente de ruido" más grande en una referencia de bajo nivel en comparación con una referencia más grande. Como tales, los ADC funcionan mejor en general en el extremo más amplio de su rango de señal aceptable.

SIN EMBARGO: Eso no significa necesariamente que amplificar la señal para que puedas maximizar la referencia del ADC es lo correcto. Si ese mismo ruido está acoplado a la señal que está tratando de medir antes de amplificarlo, está de regreso donde comenzó, pero ahora la señal lleva la distorsión adicional de la amplificación.

Balance

Hay un equilibrio en alguna parte. En última instancia, el mejor método es limitar el número de veces que tiene que meterse con la señal en su camino hacia el ADC y mantener la referencia del ADC a un nivel que pueda tolerar el ruido de referencia. Menos "desorden" también limita los efectos de las tolerancias de los componentes. Y, por supuesto, mantenga la señal y la referencia tan "silenciosas" como pueda. A menudo se requiere cierto ajuste del circuito para optimizar la cadena de ADC.

Cost

El costo a menudo también puede ser un factor limitante. Más precisión generalmente significa más costo. Parte del proceso de diseño también implica decidir cuánto error puede tolerar y cuánto costo adicional puede permitirse llegar allí.

    
respondido por el Trevor_G
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Con una señal que es diez veces más grande, el ruido de cuantificación del ADC será aproximadamente diez veces menor. Por otro lado, si el amplificador x10 tiene un error del 2%, tendrá que incluirlo en la imagen general, ya que puede representar un error más significativo que solo el ruido de cuantificación de ADC. Es posible que los amplificadores tampoco sean perfectos espectralmente, por lo tanto, es otro error a considerar. Los amplificadores también pueden producir voltajes de compensación que agregan un error.

En resumen, las medidas más adecuadas son específicas de la aplicación y las generalizaciones son solo eso.

    
respondido por el Andy aka
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Generalmente, si el error de cuantificación es mucho menor que el 10% del ruido de Vpp (el mejor de los casos), la ganancia no ayuda significativamente ya que la SNR solo se degrada un poco.

  

(un bit no es un bit binario)

Pero si el error de cuantificación = error de ruido de la señal (pp) es igual a , la SNR degrada 6dB . Los errores de cuantificación incluyen compensación de ganancia y monotonicidad o códigos faltantes

por ejemplo. si la SNR es de 10: 1 o 20db y el error de cuantización es del 10% del pico de ruido, la salida de datos de la SNR se convierte en 10: 1.1 o 9.1: 1 o 19.2dB, por lo que no es muy diferente de la de 20dB SNR

por ejemplo si SNR es 100: 1 o 40dB y el error Q es el 10% del pico de ruido, la entrada SNR es 100: 1 y la salida es 100: 1.1 o 39.17db

Por lo tanto, un error de cuantización del 10% del pico de ruido contribuye con una pérdida de 0,8 dB en la SNR en ambos casos.

  

(que es mi definición de bit wee)

La solución más técnica se define de la siguiente manera;

\ $ ENOB = \ frac {SINAD - 1.76} {6.02} \ $

donde todos los valores se dan en dB y

  • SINAD es la relación que indica la calidad de la señal,

    • \ $ SINAD = \ frac {P_ {señal} ~~~ + ~ P_ {ruido} ~~~ + ~ P_ {distorsión}} {P_ {ruido} ~~~ + ~ P_ {distorsión}} \ $
  • el término 6.02 en el divisor convierte decibeles (log10) a bits (log2)
  • el término 1.76 proviene de un error de cuantificación en un ADC ideal

El número efectivo de bits (ENOB) es una medida del rango dinámico de un convertidor analógico a digital (ADC).

    
respondido por el Tony EE rocketscientist
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Aquí hay 200milliVolt peakpeak en 20bit 5vpp ADC. SNR es de 78dB, aunque 0.2 / 5 es 1/25 de escala completa.

¿Necesita amplificar?

Si amplificamos 10: 1, SNR se convierte en 90dB.

    
respondido por el analogsystemsrf

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