Tizenévesen, miközben megtanultam az autóhangzás csínját-bínját, gyakran minden jegyzet puszta részletében sütkérezett. Számomra a zene mámorító volt, majdnem annyira, mint a Tudomány és az Elektronika területe. Ez idő alatt azonban a kompaktlemez és természetesen az autó mélynyomójának megjelenése állt a középpontban.
A kompaktlemez előtt a vinil volt az egyértelmű választás az audio reprodukció szempontjából. a hallgatási öröm. Sokan azonban azt állítják, hogy bizonyos feltételek mellett ez még mindig így van. Sőt, a CD akkoriban játékváltó volt, és az egyértelműség, amelyet a kazettával szemben nyújtott, tagadhatatlan. Csakúgy, mint a mai 4K videostandard lejátszására igény volt az eszközökre, ugyanez volt a helyzet a kompaktlemezekkel is.
Ami természetesen bevezette az autó audio CD-vevőjét. A CD-vevő uralkodása teljes tisztaságával és egyszerű használatával teljes volt. Azonban ahol kapitalizmus van, biztosan megtalálja a közvetlen versenyt. Ez minden bizonnyal a CD-vevő esetében volt igaz, és a csúfosabb különbség, amelyet a csúcskategóriás autó audiokomponensek használhattak ügyfeleik megingatására, az egyértelműbb volt. Az egyértelműség, amelyről beszéltek, csak a kiváló jel / zaj arány specifikációkkal érhető el.
Az egyik specifikáció, amely mindig jobb volt, mint a kisebb márkák, az volt a jel / zaj arány (SNR). Továbbá, még a gyakorlatlan fülig is, az egyértelműség és a zenei jelenlét különbsége tagadhatatlan. Tehát, ha az SNR képes ekkora különbséget tenni a zenei hang tisztaságában, akkor a jelátviteli alkalmazásokban való jelentősége exponenciálisan kritikusabb. Ezért a következő néhány bekezdésben az SNR-t és annak kiszámításának módját tárgyalom a tervezési pontosság biztosítása érdekében.
Mi az a jel-zaj arány?
A definíció szempontjából az SNR ill. A jel / zaj arány a kívánt információ vagy a jel teljesítményének és a nem kívánt jelnek vagy a háttérzaj teljesítményének az aránya.
Az SNR továbbá a mezőkben használt mérési paraméter. tudomány és mérnöki tudomány, amely összehasonlítja a kívánt jel szintjét a háttérzaj szintjével. Más szavakkal, az SNR a jelteljesítmény és a zajteljesítmény aránya, és kifejezési egysége általában decibel (dB). Ezenkívül a 0 dB-nél nagyobb vagy 1: 1-nél nagyobb arány több jelet jelent, mint zajt.
Az SNR technikai definíciójától eltekintve, ahogyan más fogalmakkal definiálom, összehasonlító módszerrel. Például mondjuk, hogy Ön és még egy ember egy nagy teremben tartózkodik és beszélget. A szoba azonban tele van más emberekkel, akik szintén beszélgetnek. Ezenkívül néhány más egyénnek hasonló hangmintája van, mint Önnek és a beszélgetésben részt vevő másik egyénnek. Ahogy el lehet képzelni, nehéz lenne megfejteni, hogy melyik ember mit mond.
Miért fontos a jel-zaj arány?
Az előző összehasonlításban jobban megismerheti nem kívánt jel vagy zaj alatt. Ahogy azt te is el tudod képzelni, szinte lehetetlen megérteni a beszélgetésben részt vevő másik felet. Ezenkívül egy ilyen szcenárióban ezt jel-zaj kérdésnek, vagy az elfogadható paraméterek alatti jel-zaj aránynak tekintjük.
Most tegyük fel, hogy a kívánt jel elengedhetetlen adat szigorú vagy szűk hibatűréssel, és vannak más jelek, amelyek megzavarják a kívánt jelet. Ismét exponenciálisan nagyobb kihívást jelentene a vevő feladata a kívánt jel megfejtésében. Összefoglalva, ez az, ami miatt olyan fontos a magas jel / zaj arány. Ezenkívül egyes esetekben ez azt is jelentheti, hogy az eszköz működik-e vagy sem, és minden esetben befolyásolja az adó és a vevő közötti teljesítményt.
A vezeték nélküli technológiában az eszköz teljesítményének kulcsa a Az eszköz képes megkülönböztetni az alkalmazott jeleket mint jogos információkat a háttérzajtól vagy a spektrumban lévő jelektől. Ez megtestesíti az SNR specifikációinak meghatározásához használt szabványok meghatározását. Ezenkívül az általam hivatkozott szabványok biztosítják a megfelelő vezeték nélküli funkcionalitást is.
A jel-zaj arányszámítás alapjai
Alapvetően az SNR a kívánt jel közötti különbség. és a zajszintet. A definíció szempontjából a zajszint az a különleges háttér-átvitel, amelyet más készülékek vagy olyan eszközök hoznak létre, amelyek akaratlanul is hasonló frekvencián generálnak interferenciát. Ezért a jel / zaj arány megállapításához meg kell találni a számszerűsíthető különbséget a kívánt jelerősség és a nem kívánt zaj között, levonva a zajértéket a jelerősség értékéből.
A kívánt jelintegritás elérése nehéz legyen a tervezés bármely szakaszában.
Hipotetikusan, ha a készülék rádiója -65 dBm (decibel per milliwatt) jelet fogad, és a zajszint -80 dBm, akkor a kapott jel A zaj aránya 15 dB. Ez akkor 15 dB jelerősségként jelenik meg ennek a vezeték nélküli kapcsolatnak. Mivel biztos vagyok benne, hogy tisztában van velünk, a vezeték nélküli hálózatok csatlakozása tekintetében a szakértők kijelentik, hogy az SNR-nek legalább 20 dB, mondhatjuk, böngészhet az interneten. Azonban az SNR követelmények az SNR értékekkel szemben: hogy a zajszint majdnem megkülönböztethető legyen a kívánt jeltől (hasznos információk).
10 dB – 15 dB: az elfogadható minimum a megbízhatatlan kapcsolat létrehozásához.
15–25 dB: általában hátrány a minimálisan elfogadható szintet írta elő a rossz csatlakozás érdekében.
25–40 dB: jónak tekinthető.
41 dB vagy annál magasabb: kiválónak tekinthető.
Bár az SNR-t rutinszerűen használják az elektromos jelek tisztaságának vagy erősségének számszerűsítésére, ez bármilyen típusú jel (továbbítás). Például a jégmagok izotópszintjének, a sejtek közötti biokémiai jelzésnek vagy az autóerősítők és forrásegységek (DVD, CD vagy Digital) hangtisztaságának leírására használják. Hangkomponenseknél azonban az SNR mindig pozitív érték. Például egy 95 dB SNR azt jelenti, hogy az audio jel szintje 95 dB-rel magasabb, mint a zaj szintje. Ami viszont azt jelenti, hogy a 95 dB SNR jobb, mint a 80 dB.
Hogyan kell kiszámítani a jel-zaj arányt
Az SNR számítások lehetnek egyszerűek vagy összetettek , és ez a kérdéses eszközöktől és a rendelkezésre álló adatoktól függ. Tehát, ha az SNR mérései már decibel formában vannak, akkor kivonhatja a zajmennyiséget a kívánt jelből: SNR = S – N. Ez azért van, mert amikor logaritmusokat vonunk le, akkor ez egyenértékű a normál számok felosztásával. Ezenkívül a számok különbsége megegyezik az SNR-rel. Például -10 dB erősségű rádiójelet és -50 dB zajjelet mér. -10 – (-50) = 40 dB.
Mint korábban említettem, az SNR kiszámítása is bevonható. Tehát összetett számításokhoz elosztja a kívánt jel értékét a zaj mennyiségével, majd felveszi az eredmény közös logaritmusát, azaz log (S ÷ N). Ezek után, ha a jelerősség mérése wattban (teljesítmény) van, akkor szorozni kell 20-val. Ha azonban feszültségegységek, akkor 10-zel megszorozzuk.
Jel / zaj arány képlet és a csatorna kapacitása
A jel / zaj arány minden vezeték nélküli hálózatot érint, ide tartozik a Bluetooth, a Wi-Fi, a 4G, a 4G LTE és az 5G, mivel működésük a rádiójelektől függ. Továbbá, mivel rádiójelek révén működnek, az említett kommunikációs módszerek mindegyike maximális csatornakapacitással rendelkezik. Továbbá az SNR növekedésével a csatorna kapacitása is növekszik.
Összességében a csatorna kapacitása, a sávszélesség és a jel / zaj arány mind befolyásolja a kommunikációs csatornák maximális kapacitását. Sőt, ez a felfedezés Claude Shannoné, és ezt a korrelációt a második világháború idején teszi. Az elektronika és a tudomány mai területein a mérnökök és a tudósok is Shannon törvényének vagy Shannon-Hartley tételének nevezik.
A Shannon törvénye szerint a következő képlet ábrázolja ezt az összefüggést, amely a kapacitást képezi függő kapcsolat:
C = W log2 (1 +)
Ezen a képleten belül:
C megegyezik a csatorna kapacitásával (bit / s)
S megegyezik az átlagos vett jel teljesítményével
N megegyezik az átlagos zajteljesítménnyel
W megegyezik a sávszélességgel (Hertz)
A Shannon-Hartley tétel azt mutatja, hogy az értékek S (átlagos jelteljesítmény), N (átlagos zajteljesítmény) és W (sávszélesség) határozza meg az átviteli sebesség határát.
A műszaki kialakítás igényes jelkihívásokkal történő megvalósítása kifizetődő a jelenlegi fejlődő iparban.
Th A jel / zaj arány pontos kiszámításának fontossága elengedhetetlen a hatékony és pontos tervezés végső céljához. Ezenkívül az SNR kiszámítása betekintést nyújt a tervezési funkcionalitásba és a tervezési teljesítménybe is. A gyártási szakasz előtt van az idő annak felismerésére, hogy a tervezés nem kivitelezhető. Ezért elengedhetetlen a tervezési paraméterek értékelése számítások és szimuláció útján.
Szerencsére a Cadence tervezési és elemzési eszközkészletével biztos lehet abban, hogy a tervezők és a gyártói csapatok együtt dolgoznak a megfelelő technikák alkalmazásán, hogy kiszámítsák a jel / zaj arányt az összes NYÁK-tervben. Az Allegro PCB Designer az Ön által keresett elrendezési megoldás, amely kétségtelenül megkönnyítheti a hatékony jel / zaj arány stratégiák megvalósítását a jelenlegi és a jövőbeni NYÁK-tervekben.
Ha többet szeretne megtudni arról, hogy a Cadence hogyan kínálja Önnek a megoldást, beszéljen velünk és szakértői csapatunkkal.
A szerzőtől A Cadence lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy a modern, IPC-2581 ipari szabvány révén pontosan lerövidítsék a tervezési ciklusokat, hogy átadjanak a gyártásnak. Kövesse a Linkedin webhelyét. További tartalom megtekintése a Cadence PCB Solutions részéről