<form id="xtxpd"></form>

<address id="xtxpd"><nobr id="xtxpd"><progress id="xtxpd"></progress></nobr></address>

    <noframes id="xtxpd">

    歡迎來到坤馳科技官方網站!
    掃描二維碼

    全國咨詢電話:
    400-000-4026

    當前位置:首頁 » 坤馳百科 » 數字化儀的8大動態參數

    數字化儀的8大動態參數

    文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2020-02-26 10:58:00

    在選擇用于獲取電子信號的數字化儀時,考慮的主要規格往往是采樣率,帶寬和分辨率。前兩個參數有助于定義數字化儀能夠捕獲的最大頻率內容。作為精確和可重復測量的一般指南,用戶通常嘗試以比其最高頻率快10倍的采樣速率對信號進行采樣。例如,以大約100MS/s的速率采樣10MHz信號,確保數字化信號具有足夠的時間分辨率準確再現。類似地,為了確定信號不會被無意衰減(丟失幅度信息),用戶通常希望數字化儀的模擬帶寬至少比其最高信號頻率高2至5倍。因此,測量10MHz信號通常需要20至50MHz的帶寬。

    采樣率和帶寬對于顯示信號的時間和頻率內容是十分重要的,而分辨率是第三個參數,它是檢測幅度變化和顯示波形細節的重要參數。然而,許多人很容易將分辨率與準確性,精度和靈敏度相混淆。雖然它會對這些參數產生重大影響,但并不能反應全部的情況。用戶需要考慮數字化儀誤差的所有可能來源(如時鐘精度,失真,噪聲和線性度),以了解產品在測量其特定信號類別時的性能。為了確定這些錯誤的影響,好的數字化儀制造商提供了許多輔助規格(通常稱為動態參數)來演示其模型在各種受控測試條件下的性能。

    1.png

    圖1 M4i.4451-x8數字化儀

    什么是分辨率?

    所有數字化儀制造商都以位為單位指定分辨率,表示模數轉換器(ADC)在其滿量程(FS)輸入范圍內可以分辨多少級。級別數為2n,其中n為ADC的位數。因此,一個8位ADC具有256個電平,而更高分辨率的16位ADC具有65,536個電平。

    辨別級別通常稱為最低有效位(LSB),由等式1LSB=FS/2n定義。表1總結了一系列分辨率從8位到16位的數字化儀的理論LSB性能。在此示例中,滿量程范圍為1V。

    表1 不同ADC分辨率的步長

    圖片2.png

    該表顯示,更高分辨率的ADC能夠以更精確的電壓階躍進行測量。但是,它并不表示任何誤差源(例如時鐘抖動,噪聲和ADC非線性)可能會對理論性能產生影響。想進一步了解,我們還需要檢查數字化儀的動態參數,才能確定單位的實際表現。

    信噪比

    想知道數字化儀在檢測隱藏在較大信號中的小信號(低電平)時的性能如何,需要檢查數字轉換器的SNR(而不僅僅是分辨率)。SNR是一種將所需信號的幅值與背景噪聲幅值進行比較的度量值。SNR通常以分貝(dB)表示,并通過以下公式計算

    SNR(dB)=10log10(Psignal/Pnoise),其中P是平均功率。如果測量以伏特或安培為單位的信號和噪聲幅度,則可以通過對RMS幅度測量值進行平方來獲得比例功率SNR(dB)=10log10[(Asignal/Anoise)2]

    考慮數字化儀的動態性能和范圍時,實際上測量信號電平(并非總是最大)與噪聲之比的SNR,通常提供比單位理論LSB更真實的值。同樣重要的是SNR會根據輸入信號而變化。這樣,為了表示數字化儀的性能,制造商應在各種測試條件下使用定義明確的參考信號來測量SNR。表2顯示了在制造過程中測試M4i.4451-x8、500MS/s,14位數字化儀(圖1)SNR的示例。測量中使用了3個不同的信號頻率(10、40和70MHz)以及不同的滿量程范圍。這些測量結果使用戶可以快速判斷在類似測試條件下的預期性能,然后在使用自己的特定信號時考慮其含義。根據制造商的要求,可以提供更多不同設置的結果。

    表2 M4i.4451-x8數字化儀數據表中的動態參數

    圖片3.png

    無雜散動態范圍

    確定數字化儀檢測低電平信號的適用性時要考慮的另一個關鍵性能參數是SFDR。雜散信號是測量波形中存在,輸入波形中不存在的任何信號分量。雜散組件是一種異常,通常是由數字化設備本身生成的。制造商通常通過輸入純正弦波,將其數字化,然后使用快速傅立葉變換在頻域中對其進行檢查來確定SFDR。然后,通過查看純正弦波的RMS值與峰值雜散信號之間的差異(以dB表示)來測量SFDR。SFDR很重要,因為它清楚地指示了可以與較大信號區分開的最小信號值。

    圖片4.png

    圖2

    圖2顯示了使用M4i.4451-x8數字化儀進行的SFDR測量。此外,SFDR測量可以在有無輸入信號諧波的情況下進行。表2顯示了在各種不同的測試條件下獲得的SFDR結果。

    總諧波失真(THD)

    數字化儀能否捕獲和再現信號的效果還取決于在此過程中產生波形的失真程度。當信號通過單元的主要組件,例如信號調節電路(放大器和衰減器)和ADC本身,它會受到非線性和濾波的影響。為了了解信號可能失真的程度,數字化儀制造商通常提供單位THD的度量值。與SNR和SFDR一樣,THD通常通過使用多種純參考信號進行測量。然后通過檢查一組高次諧波頻率的RMS振幅與參考信號基頻的RMS振幅之比來確定。該值使用以下公式計算THD=Σharmonic powers/fundamental frequency power=(P2+P3+P4+….+Pn)/P1

    表2列出了在M4i.4451-x8數字化儀在各種不同測試條件下獲得的THD結果。超過采樣速率1/2 的FFT帶寬的快速輸入信號的諧波被視為進入較低頻率的鏡像信號。通常,由于噪聲水平以上看不到較高的諧波含量,因此總共要考慮6個諧波。

    噪聲和失真比信號(SINAD)

    SINAD(有時也稱為THD+N)參數非常有用,因為它可以通過測量總接收功率(通常來自參考信號)與噪聲加失真功率的比值來查看SNR和失真。可以由等式SINAD=(Psignal+Pnoise+Pdistortion)/(Pnoise+Pdistortion)計算。表2顯示了M4i.4451-x8數字化儀的在各種不同測試條件下獲得的SINAD結果。

    有效位數(ENOB)

    ENOB可能是數字化儀最有價值的動態參數之一。該性能指標旨在將數字化儀的測量性能(包括信號路徑的所有元素)與理想ADC的性能進行比較。ENOB很重要,因為它在最終結果中結合了可能的誤差源(時鐘抖動、噪聲、失真等)。也可以用SINAD計算ENOB,ENOB=(SINAD–1.76)/6.02。由于ENOB以位為單位,因此可以與數字化儀規定的分辨率進行比較。表2也顯示了M4i.4451-x8數字化儀在多個測試條件下測得的ENOB值。有時僅基于SNR給出ENOB,而不考慮THD分量,但最好同時將兩個數字進行比較。

    在此重要的是要了解,ENOB可能會受到輸入測試信號頻率的嚴重影響。隨著頻率的增加,ENOB通常會降低。因此,比較不同的數字化儀時,在類似的測試條件下檢查其ENOB至關重要。也就是說,隨著頻率的提高,一些數字化儀產品放棄了很多有效的分辨率。這通常是由于設備設計不佳造成的。如果不能很好地控制時鐘抖動,噪聲和失真等參數,那么數字轉換器的ENOB僅為其ADC規定分辨率的一半就不罕見了。

    復制制造商的測量值

    在測試演示設備時或購買設備后,您可能需要復制制造商的測量值,以便將數字化儀與規格進行比較,判斷數字化儀的性能。通常制造商提供基本可以執行SNR,THD和SFDR計算的測量軟件。或使用第三方工具,這樣需要測量信號源,電纜和數字化儀的完整信號鏈的質量。這在查看高分辨率數字化儀時非常重要,因為現成的信號發生器沒有達到足夠高的性能水平直接用作測試信號源。

    數字化儀制造商都使用附加的高性能帶通濾波器來獲取純正弦信號,信號發生器中盡可能少的額外噪聲和失真。要復制其測量值,每個測試信號頻率都要使用相同級別的設備。

    測量性能最大化

    顯然,如果精度,精度和靈敏度很重要,那么選擇具有最佳動態參數規格的數字化儀是一個好的開始。但是,還有一些有用的提示可能會對最終結果產生重大影響。如下:

    1. 1.始終最大化要分析的信號,使其盡可能覆蓋數字化儀的輸入范圍。通過使用更多的ADC動態范圍,可以最大程度地提高信噪比。選擇具有多個輸入范圍的數字化儀會變得更容易,但要確保噪聲水平不會隨任何應用的衰減或放大而縮放。

    2. 2.使用與應用程序一致的最小測量帶寬。噪聲級別與帶寬成正比。這可以使用輸入帶寬限制或數字濾波來實現。

    3. 3.使用信號處理(如求平均值)可降低與平均測量次數成正比的噪聲水平。要注意的是,這需要可重復的信號和多次采集。

    4. 4.對于低電平信號,請使用外部“低噪聲”放大器來提高信號電平并最大化信噪比。

    5. 5.在完整的信號路徑中使用正確的端接。對于高帶寬應用,信號源,電纜和數字化儀終端的完整50Ω終端是一個不錯的選擇。

    結論

    在為特定應用選擇數字化儀時,如果要確保產品能夠執行所需的測量任務,請查看采樣率、帶寬和分辨率的規格。動態參數SNR、SFDR、THD、SINAD和ENOB都可以提供產品在特定條件下性能信息。考慮預期信號并檢查動態參數(應在與信號相似的頻率和振幅范圍內測量),以確保它們滿足或超過所需要求。不要相信沒有給出任何關于如何測量的背景資料的單一數字。只有這樣,才確信產品將在您的環境中提供所需的測量結果。


    相關資訊

    一级黄色录像影片 - 视频 - 在线观看 - 影视资讯 - 品爱网