Som teenager lærer jeg ofte, når jeg lærer ind og ud af billyd solede sig i den rene detalje af hver note. For mig var musik berusende, næsten lige så meget som inden for videnskab og elektronik. I løbet af denne tid begyndte CD-disken og naturligvis bilens subwoofer i centrum.
Før cden var vinyl det klare valg til lydgengivelse med hensyn til af lytteglæde. Imidlertid vil mange hævde, at det stadig er det under visse betingelser. Desuden var cden en spil-skifter dengang, og den klarhed, den gav i forhold til kassettebåndet, var ubestridelig. Ligesom der var et behov for enheder til at afspille den nye 4K-videostandard i dag, var det samme tilfældet for cden.
Hvilket naturligvis indvarslede CD-modtageren til billyd. Med sin overlegne klarhed og brugervenlighed var CD-modtagerens regeringstid fuldstændig. Men hvor der er kapitalisme, er du sikker på at finde direkte konkurrence. Dette var helt sikkert tilfældet for CD-modtageren, og den mest hånede forskel, som avancerede billydkomponenter kunne bruge til at svinge deres kunder, var overlegen klarhed. Klarheden, som de talte om, var kun opnåelig gennem deres overlegne specifikationer for signal til støjforhold.
Den ene specifikation, der altid var bedre end de mindre mærker, var deres signal / støjforhold (SNR). Desuden var forskellen i klarhed og musikalsk tilstedeværelse ubestridelig, selv for det utrænede øre. Så hvis SNR kan gøre så meget af en forskel i musikalsk lydklarhed, er dens betydning i signaltransmissionsapplikationer eksponentielt mere kritisk. Derfor vil jeg i løbet af de næste par afsnit diskutere SNR og hvordan man beregner det for at sikre designnøjagtighed.
Hvad er signal til støjforhold?
Med hensyn til definition, SNR eller signal-støj-forhold er forholdet mellem den ønskede information eller effekten af et signal og det uønskede signal eller baggrundsstøjens styrke.
SNR er også en måleparameter, der bruges i felterne inden for videnskab og teknik, der sammenligner niveauet for det ønskede signal med niveauet for baggrundsstøj. SNR er med andre ord forholdet mellem signaleffekt og støjeffekten, og dets udtryksenhed er typisk decibel (dB). Også et forhold, der er større end 0 dB eller højere end 1: 1, betyder mere signal end støj.
Bortset fra den tekniske definition af SNR, er den måde, jeg definerer det på andre måder, ved hjælp af en komparativ. Sig for eksempel, at du og en anden person er inde i et stort rum og har en samtale. Værelset er dog fuld af andre mennesker, der også har samtaler. Desuden har nogle få af de andre individer lignende stemmemønstre som dig og den anden person, der er involveret i din diskussion. Som du kan forestille dig, ville det være svært at dechiffrere, hvilken person der siger hvad.
Hvorfor er signal til støjforhold vigtigt?
I den tidligere sammenligning kan du få en bedre forståelse hvad der menes med et uønsket signal eller støj. Som du også kan forestille dig, ville det være næsten umuligt at forstå den anden part, der er involveret i din samtale. I et scenarie som dette vil vi også betragte dette som et signal til støjproblem eller ækvivalent med et signal til støjforhold, der er under acceptable parametre.
Antag nu, at det ønskede signal er vigtige data med en streng eller snæver tolerance for fejl, og der er andre signaler, der forstyrrer dit ønskede signal. Igen ville det gøre modtagerens opgave eksponentielt mere udfordrende at dechiffrere det ønskede signal. Sammenfattende er dette det, der gør det at have et højt signal / støjforhold så vigtigt. I nogle tilfælde kan dette også betyde forskellen i, at en enhed fungerer eller ej, og i alle tilfælde påvirker den ydeevnen mellem sender og modtager.
I trådløs teknologi er nøglen til enhedens ydeevne enhedens evne til at skelne mellem de anvendte signaler som legitim information fra enhver baggrundsstøj eller signaler på spektret. Dette symboliserer definitionen af standarderne SNR-specifikationer bruges til at indstille. Desuden sikrer de standarder, jeg henviser, også korrekt trådløs funktionalitet.
Grundlæggende om beregninger af signal til støjforhold
I grundlæggende termer er SNR forskellen mellem det ønskede signal og støjgulvet. Også med hensyn til definition er støjgulvet de specielle baggrundstransmissioner, der produceres af andre enheder eller af enheder, der utilsigtet genererer interferens på en lignende frekvens. Derfor skal man for at fastslå signal / støjforholdet finde den kvantificerbare forskel mellem den ønskede signalstyrke og den uønskede støj ved at trække støjværdien fra signalstyrkeværdien.
At opnå din ønskede signalintegritet kan være vanskelig på ethvert trin i designet.
Hypotetisk set, hvis din enheds radio modtager et signal ved -65 dBm (decibel pr. milliwatt), og støjgulvet er -80 dBm, så er det resulterende signal forhold til støj er 15 dB. Dette reflekteres derefter som en signalstyrke på 15 dB for denne trådløse forbindelse. Som jeg er sikker på, at du er opmærksom på, hvad angår tilslutning i trådløse netværk, siger eksperterne et krav om en SNR på mindst 20 dB for at sige, surfe på nettet. Følgende er dog SNR-krav versus SNR-værdier:
-
5 dB til 10 dB: er under minimumsniveauet for at oprette en forbindelse, på grund til støjniveauet næsten ikke skelnes fra det ønskede signal (nyttig information).
-
10 dB til 15 dB: er det accepterede minimum for at etablere en upålidelig forbindelse.
-
15 dB til 25 dB: er typisk ulemper idered det minimalt acceptable niveau for at etablere dårlig forbindelse.
-
25 dB til 40 dB: anses for at være god.
-
41 dB eller højere: anses for at være fremragende.
Selvom SNR rutinemæssigt bruges til at kvantificere klarheden eller styrken af elektriske signaler, kan den også gælde for enhver form for signal (transmission). For eksempel er det i brug til at beskrive isotopeniveauer i iskerner, biokemisk signalering mellem celler eller lydlydklarhed for bilforstærkere og kildeenheder (DVD, CD eller Digital). Men med lydkomponenter er SNR altid en positiv værdi. For eksempel betyder en SNR på 95 dB, at lydsignalets niveau er 95 dB højere end støjniveauet. Hvilket igen betyder, at en SNR på 95 dB er bedre end en, der er 80 dB.
Sådan beregnes signal til støjforhold
SNR-beregninger kan være enten enkle eller komplekse , og det afhænger af de pågældende enheder og dine tilgængelige data. Så hvis dine SNR-målinger allerede er i decibelform, kan du trække støjmængden fra det ønskede signal: SNR = S – N. Dette skyldes, at når du trækker logaritmer, svarer det til at dividere normale tal. Også forskellen i numrene er lig med SNR. For eksempel måler du et radiosignal med en styrke på -10 dB og et støjsignal på -50 dB. -10 – (-50) = 40 dB.
Som jeg sagde tidligere, kan beregning af SNR også være involveret. Så for komplekse beregninger dividerer du værdien af det ønskede signal med støjmængden og tager derefter den fælles logaritme af resultatet, dvs. log (S ÷ N). Efter dette, hvis målingerne af signalstyrken er i watt (effekt), vil du derefter gange med 20. Men hvis de er enheder af spænding, vil du gange med 10.
Signal til støjforhold formel og kanalkapacitet
Signal / støjforhold påvirker alle trådløse netværk, og dette inkluderer Bluetooth, Wi-Fi, 4G, 4G LTE og 5G, da deres funktion er afhængig af radiosignaler. Eftersom de fungerer ved brug af radiosignaler, har hver af de nævnte kommunikationsmetoder også en maksimal kanalkapacitet. Når SNR øges, øges også kanalens kapacitet.
Alt i alt påvirker kanalens kapacitet, båndbredden og signal / støjforholdet kommunikationskanalernes maksimale kapacitet. Desuden tilhører denne opdagelse Claude Shannon, og han foretager denne sammenhæng under Anden Verdenskrig. I nutidens felter inden for elektronik og videnskab henviser ingeniører og forskere til det som Shannons lov eller Shannon-Hartley-sætningen.
Ifølge Shannons lov viser følgende formel denne sammenhæng, der danner kapaciteten afhængigt forhold:
C = W log2 (1 +)
Inden for denne formel:
C svarer til kanalens kapacitet (bits / s)
S svarer til den gennemsnitlige modtagne signaleffekt
N svarer til den gennemsnitlige støjeffekt
W er lig med båndbredden (Hertz)
Shannon-Hartley-sætningen viser, at værdierne af S (gennemsnitlig signaleffekt), N (gennemsnitlig støjeffekt) og W (båndbredde) indstiller grænsen for transmissionshastigheden.
At opnå tekniske designs med krævende signaludfordringer er givende i den nuværende udviklende branche.
Th vigtigheden af nøjagtig beregning af signal til støjforhold er afgørende for det ultimative mål for effektive og nøjagtige designs. Desuden vil beregning af SNR også give indsigt i designfunktionalitet og designydelse. Tiden til at indse, at et design ikke er gennemførligt, er inden fremstillingsfasen. Derfor er det vigtigt at vurdere designparametre gennem beregninger såvel som simulering.
Heldigvis med Cadences suite af design- og analyseværktøjer vil du være sikker på at have dine designere og produktionsteams til at arbejde sammen om at implementere de rette teknikker til at beregne signal / støjforholdet i alle dine PCB-design. Allegro PCB Designer er den layoutløsning, du har ledt efter, og det kan utvivlsomt lette implementeringen af effektive strategier for signal til støjforhold i dit nuværende og fremtidige printkortdesign.
Hvis du ønsker at lære mere om, hvordan Cadence har løsningen til dig, så tal med os og vores team af eksperter.
Om forfatteren
Cadence PCB-løsninger er et komplet design-til-bag-designværktøj, der muliggør hurtig og effektiv produktudvikling. Kadence gør det muligt for brugerne at forkorte designcyklusser nøjagtigt til at levere til produktion gennem moderne IPC-2581 industristandard.
Følg på Linkedin Besøg websted Mere indhold af Cadence PCB-løsninger