Teini-ikäisenä opiskellessani auton äänen yksityiskohtia olen aurinkoivat jokaisen nuotin tarkan yksityiskohdan. Minulle musiikki oli päihdyttävää, melkein yhtä paljon kuin tiede ja elektroniikka. Tänä aikana CD-levyn ja tietysti auton subwooferin puhkeaminen oli kuitenkin keskiössä.
Ennen CD-levyä vinyylilevy oli selkeä valinta äänentoiston kannalta. kuuntelun ilosta. Monet kuitenkin väittävät, että se on edelleen, tietyissä olosuhteissa. Lisäksi CD oli tuolloin pelinvaihtaja, ja sen tarjoama selkeys verrattuna kasettinauhaan oli kiistaton. Aivan kuten laitteilla oli kysyntää tämän päivän uuden 4K-videostandardin toistamiseen, sama pätee myös CD-levylle.
Mikä tietysti ohjattiin auton audio-CD-vastaanottimeen. CD-vastaanottimen hallinto oli täydellinen selkeyden ja helppokäyttöisyyden ansiosta. Kapitalismista löytyy kuitenkin suora kilpailu. Tämä päihti varmasti CD-vastaanotinta, ja kaikkein pilkattu ero, jota huippuluokan auton audiokomponentit voisivat käyttää asiakkaidensa houkuttelemiseen, oli selkeämpi. Selkeys, josta he puhuivat, oli saavutettavissa vain ylivoimaisella signaali / kohinasuhde-määrityksillä.
Yksi eritelmä, joka oli aina parempi kuin pienemmät tuotemerkit, oli niiden signaali-kohinasuhde (SNR). Edes harjoittamattomalle korvalle, ero selkeydessä ja musiikillisessa läsnäolossa oli kiistaton. Joten, jos SNR voi tehdä niin paljon eroa musiikillisen äänen selkeydessä, sen merkitys signaalinsiirtosovelluksissa on eksponentiaalisesti kriittisempi. Siksi seuraavissa kappaleissa keskustelen SNR: stä ja sen laskemisesta suunnittelun tarkkuuden varmistamiseksi.
Mikä on signaali-kohinasuhde?
Määritelmän suhteen SNR tai signaali-kohinasuhde on halutun tiedon tai signaalin tehon ja ei-toivotun signaalin tai taustakohinan tehon suhde.
SNR on myös mittausparametri, jota käytetään kentissä tieteen ja tekniikan, joka vertaa halutun signaalin tasoa taustamelun tasoon. Toisin sanoen, SNR on signaalitehon suhde kohinatehoon, ja sen ilmaisuyksikkö on tyypillisesti desibeliä (dB). Myös suhde, joka on suurempi kuin 0 dB tai suurempi kuin 1: 1, tarkoittaa enemmän signaalia kuin kohinaa.
SNR: n teknisen määritelmän lisäksi tapana, jolla määritän sen muilla termeillä, käytetään vertailua. Sano esimerkiksi, että sinä ja yksi muu henkilö olette suuressa huoneessa keskustellessanne. Huone on kuitenkin täynnä muita ihmisiä, jotka myös keskustelevat. Muutamilla muilla ihmisillä on myös samanlaiset äänimallit kuin sinä ja muut keskusteluun osallistuvat henkilöt. Kuten voitte kuvitella, olisi vaikea tulkita, kuka sanoo mitä.
Miksi signaali-kohinasuhde on tärkeä?
Edellisessä vertailussa saat paremman käsityksen mitä ei-toivotulla signaalilla tai melulla tarkoitetaan. Kuten voitte myös kuvitella, olisi melkein mahdotonta ymmärtää keskusteluun osallistuvaa toista osapuolta. Tämän kaltaisessa tilanteessa katsomme tämän olevan signaali kohinaksi -ongelma tai vastaava signaali-kohinasuhde, joka on hyväksyttävien parametrien alapuolella.
Oletetaan, että haluttu signaali on välttämätöntä tietoa tiukalla tai kapealla virhetoleranssilla, ja on muita signaaleja, jotka häiritsevät haluttua signaalia. Jälleen se tekisi vastaanottimen tehtävän eksponentiaalisesti haastavammaksi halutun signaalin salaamiseksi. Yhteenvetona voidaan todeta, että juuri tästä syystä korkea signaali-kohinasuhde on niin tärkeä. Lisäksi joissakin tapauksissa tämä voi tarkoittaa myös eroa laitteen toiminnassa tai ei, ja kaikissa tapauksissa se vaikuttaa lähettimen ja vastaanottimen väliseen suorituskykyyn.
Langattomassa tekniikassa laitteen suorituskyvyn avain on laitteen kyky erottaa sovelletut signaalit laillisina tiedoina taajuuksista tai taajuuksista. Tämä edustaa niiden standardien määritelmää, joita SNR-määritysten avulla määritetään. Lisäksi viittaamani standardit varmistavat myös oikean langattoman toiminnan.
Signaali / kohinasuhteen laskennan perusteet
Periaatteessa SNR on halutun signaalin ero ja melu lattia. Määritelmän kannalta kohinapohja on myös erityisiä taustalähetyksiä, joita tuottavat muut laitteet tai laitteet, jotka tuottavat tahattomasti häiriöitä samalla taajuudella. Siksi signaalin ja kohinan suhteen selvittämiseksi on löydettävä kvantifioitava ero halutun signaalin voimakkuuden ja ei-toivotun kohinan välillä vähentämällä kohina-arvo signaalin voimakkuuden arvosta.
Halutun signaalin eheyden saavuttaminen voi olla vaikeaa suunnittelun jokaisessa vaiheessa.
Hypoteettisesti sanottuna, jos laitteesi radio vastaanottaa signaalin -65 dBm: n (desibeliä / milliwattia) kohdalla ja melutaso on -80 dBm, niin tuloksena oleva signaali kohinasuhde on 15 dB. Tämä heijastaisi sitten tämän langattoman yhteyden signaalin voimakkuutta 15 dB. Koska olen varma, että tiedät, asiantuntijoiden mukaan langattomien verkkojen liitettävyyden suhteen SNR: n on oltava vähintään 20 dB sanoa, surffata verkossa. Seuraavassa on kuitenkin SNR-vaatimukset verrattuna SNR-arvoihin:
-
5 dB – 10 dB: on alle yhteyden muodostamisen vähimmäistason, koska melutasoon on melkein erottamaton halutusta signaalista (hyödyllistä tietoa).
-
10 dB – 15 dB: on hyväksyttävä minimi epäluotettavan yhteyden muodostamiseksi.
-
15–25 dB: on yleensä haittoja suunnitellut vähiten hyväksyttävän tason huonon yhteyden muodostamiseksi.
-
25–40 dB: katsotaan hyväksi.
-
41 dB tai korkeampi: pidetään erinomaisena.
Vaikka SNR: ää käytetään rutiininomaisesti sähköisten signaalien selkeyden tai voimakkuuden kvantifioimiseksi, sitä voidaan käyttää myös missä tahansa muodossa signaali (lähetys). Esimerkiksi sitä käytetään kuvaamaan isotooppitasoja jääytimissä, biokemiallista signalointia solujen välillä tai äänen kirkkautta autovahvistimille ja lähdeyksiköille (DVD, CD tai Digital). Äänikomponenteilla SNR on kuitenkin aina positiivinen arvo. Esimerkiksi SNR 95 dB tarkoittaa, että äänisignaalin taso on 95 dB korkeampi kuin kohinan taso. Tämä puolestaan tarkoittaa, että 95 dB: n SNR on parempi kuin 80 dB.
Kuinka lasketaan signaali-kohinasuhde
SNR-laskelmat voivat olla joko yksinkertaisia tai monimutkaisia , ja se riippuu kyseessä olevista laitteista ja käytettävissä olevista tiedoista. Joten, jos SNR-mittauksesi ovat jo desibelimuodossa, voit vähentää melumäärän halutusta signaalista: SNR = S – N. Tämä johtuu siitä, että kun vähennät logaritmit, se vastaa normaalilukujen jakamista. Myös lukujen ero on sama kuin SNR. Esimerkiksi mitataan radiosignaali, jonka voimakkuus on -10 dB ja melusignaali -50 dB. -10 – (-50) = 40 dB.
Kuten aiemmin totesin, myös SNR: n laskeminen voi olla mukana. Joten monimutkaisissa laskelmissa jaat halutun signaalin arvon kohinan määrällä ja otat sitten tuloksen yhteisen logaritmin, ts. Log (S ÷ N). Tämän jälkeen, jos signaalin voimakkuuden mittaukset ovat watteina (teho), kerrot sitten 20: llä. Jos ne ovat jänniteyksiköitä, kerrot sitten 10: llä.
Signaali / kohinasuhde -kaava ja kanavakapasiteetti
Signaali-kohinasuhde vaikuttaa kaikkiin langattomiin verkkoihin, mukaan lukien Bluetooth, Wi-Fi, 4G, 4G LTE ja 5G, koska niiden toiminta riippuu radiosignaaleista. Lisäksi koska ne toimivat radiosignaalien avulla, jokaisella mainituilla viestintämenetelmillä on maksimikanavan kapasiteetti. Lisäksi SNR: n kasvaessa kanavan kapasiteetti kasvaa.
Kaiken kaikkiaan kanavan kapasiteetti, kaistanleveys ja signaali-kohinasuhde vaikuttavat kaikki viestintäkanavien maksimikapasiteettiin. Lisäksi tämä löytö kuuluu Claude Shannonille, ja hän tekee tämän korrelaation toisen maailmansodan aikana. Insinöörit ja tutkijat viittaavat nykypäivän elektroniikan ja tieteen aloilla Shannonin lakiksi tai Shannon-Hartley-lauseeksi.
Shannonin lain mukaan seuraava kaava kuvaa tätä korrelaatiota, joka muodostaa kapasiteetin. riippuvainen suhde:
C = W log2 (1 +)
Tässä kaavassa:
C on yhtä suuri kuin kanavan kapasiteetti (bittiä / s)
S on keskimääräinen vastaanotetun signaalin teho
N on yhtä suuri kuin keskimääräinen kohinateho
W on yhtä suuri kuin kaistanleveys (Hertz)
Shannon-Hartley-lause osoittaa, että arvot S (keskimääräinen signaaliteho), N (keskimääräinen kohinateho) ja W (kaistanleveys) asettaa lähetysnopeuden rajan.
Teknisen suunnittelun saavuttaminen vaativilla signaalihaasteilla on palkitsevaa nykyisessä kehittyvässä teollisuudessa.
Th Signaali-kohinasuhteen tarkan laskemisen merkitys on välttämätön tehokkaan ja tarkan suunnittelun lopullisen tavoitteen kannalta. Lisäksi SNR: n laskeminen tarjoaa myös käsityksen suunnittelun toiminnallisuudesta ja suunnittelun suorituskyvystä. Aika ymmärtää, että suunnittelu ei ole toteutettavissa, on ennen valmistusvaihetta. Siksi on välttämätöntä arvioida suunnitteluparametrit laskelmien ja simulaation avulla.
Allegro PCB Designer on etsimäsi ratkaisuratkaisu, joka voi kiistatta helpottaa tehokkaiden signaali-kohinasuhdestrategioiden toteuttamista nykyisissä ja tulevissa piirilevysuunnitelmissasi.
Jos haluat lisätietoja siitä, miten Cadence tarjoaa sinulle ratkaisun, keskustele kanssamme ja asiantuntijatiimillämme.
Tietoja kirjoittajasta
Cadence PCB -ratkaisut ovat täydellinen edestä taakse -työkalu, joka mahdollistaa tuotteiden nopean ja tehokkaan luomisen. Poljinnopeus antaa käyttäjille mahdollisuuden lyhentää suunnittelusykliä tarkkaan ja siirtyä valmistukseen modernin, IPC-2581-alan standardin avulla.
Seuraa Linkedinin verkkosivustoa Lisää sisältöä kirjoittanut Cadence PCB Solutions