¿Por qué el dB de los gráficos de FFT que excede los 96dB para estas señales se muestrea por un ADC de 16 bits?

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Hay una tarjeta de adquisición de datos de 16 bits y debajo está la grabación de 120 segundos de entrada de voltaje a una frecuencia de muestreo de 500Hz. La gráfica azul corresponde a la tensión de entrada Vin y la tensión de salida verde de la gráfica Vout es posterior al filtro digital de 6Hz en series de tiempo:

YaquídebajoestálaFFTdeambasseñalesdeentradaysalida:

Básicamente,utilicéelsiguientecódigoenPythonparaobtenerlosgráficosFFT:

plt.figure()y=v_inT=1/sampling_rateN=len(y)yf=scipy.fftpack.fft(y)xf=np.linspace(0.0,1.0/(2.0*T),N//2)amplitude=2.0/N*np.abs(yf[:N//2])pow=(N/sampling_rate)*amplitude*amplitude/2plt.semilogx(xf,20*np.log10(amplitude),'-b',label="$Vin$")

y = v_out
T = 1/sampling_rate
N = len(y)
yf = scipy.fftpack.fft(y)
xf = np.linspace(0.0, 1.0/(2.0*T), N//2)
amplitude = 2.0/N * np.abs(yf[:N//2])
pow = (N/sampling_rate)*amplitude*amplitude/2
plt.semilogx(xf, 20*np.log10(amplitude), '-g',  label="$Vout$")
plt.legend(loc='upper right')

Aquí está mi pregunta:

El rango dinámico de un sistema de 16 bits es 96dB. Esto significa que la relación de potencia máxima a mínima es de 96 dB o la relación de mínima a máxima es de -96 dB.

¿Cómo es que en mis parcelas se superan los 96dB? Traté de averiguar pero no pude encontrar la razón.

    
pregunta user1234

3 respuestas

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El rango dinámico de (aproximadamente) 96dB significa que la relación de una señal de escala completa (FSD) a la potencia total del ruido de cuantificación es de aproximadamente 96dB. O la potencia de ruido total es de -96dBFSD.

Sin embargo, cuando el ruido se analiza en intervalos de frecuencia discretos mediante una DFT, esa potencia de ruido se divide entre los muchos intervalos. Otra forma de considerarlo es que el ancho de banda de ruido de cada bandeja de frecuencia es bastante inferior al ancho de banda de Nyquist, por lo que puede contener menos potencia de ruido que todo el ancho de banda.

De hecho, una forma de distinguir el ruido de la señal espuria es cambiar el ancho de banda de resolución DFT. El ruido se reducirá, las señales espurias coherentes no lo harán.

    
respondido por el Neil_UK
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Creo que la pregunta podría parafrasear a algo como esto: -

Con una señal de dominio de tiempo restringida a 16 bits (96 dB), ¿puede analizar las muestras de datos para obtener una mayor profundidad de resolución?

Y la respuesta es sí. Un análisis de Fourier analizará todos los puntos del dominio del tiempo y generará un valor RMS para una frecuencia particular y la resolución alcanzable se puede comparar con lo que sucede cuando se desvía una señal.

Considere un valor de estado estable ruidoso. Las muestras instantáneas estarán limitadas por la resolución ADC y tendrán un elemento aleatorio debido al ruido. Sin embargo, si promedió 4 muestras y lo comparó con otras cuatro muestras, la diferencia entre los dos valores promediados no será tan aleatoria como la comparación de muestras individuales. Adicionalmente, 4 muestras promediadas contienen 1 bit más de resolución. Consulte este artículo de ADI sobre el tema : -

Extendiendo esto: tienes literalmente cientos, si no miles o decenas de miles de muestras en tu gráfica de dominio de tiempo. 16 muestras promediadas dan 2 bits más de resolución. 64 muestras dan 3 bits más, 256 muestras dan 5 bits más equivalentes a una resolución de 21 bits.

21 bits (256 muestras promediadas) significa que puede resolver hasta un rango de 126 dB.

    
respondido por el Andy aka
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Ambos FFT muestran aproximadamente el mismo ruido de cuantización dinámica de más de 30 dB en contenedores adyacentes de muestras de 60k y una resolución de entrada de aproximadamente -30 dB por debajo del voltaje de CC de 7V. (est.)

Esto contribuye al número de 10 log de 50k muestras del ruido y la pendiente del filtro, lo que proporciona otros 30 dB de filtrado de potencia de ruido al máximo f, lo que da una estimación de un rango dinámico FFT total de 90 + dB

Se obtendrían resultados de FFT mucho más limpios mediante una entrada de acoplamiento de CA y una ganancia de voltaje de 40dB o utilizando un ADC delta sigma con una mejor resolución.

¿La larga duración del muestreo de 2 minutos no agrega mucha información a los resultados debido al ruido de cuantificación, a pesar de que muestra un buen subarmónico a 30Hz? (con ruido de fase PWM de banda ancha) en la salida de CC.con un fundamental puro ligeramente más pequeño en la frecuencia de la línea.

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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