Als tiener, terwijl ik de ins en outs van autoradio leerde, genoot van de pure details van elke noot. Muziek was voor mij bedwelmend, bijna net zo goed als op het gebied van wetenschap en elektronica. Gedurende deze tijd stond het begin van de compact disc en natuurlijk de auto-subwoofer echter centraal.
Vóór de compact disc was vinyl de duidelijke keuze voor audioweergave, in termen van van luisterplezier. Velen zouden echter beweren dat dit onder bepaalde voorwaarden nog steeds zo is. Bovendien was de cd destijds een game-wisselaar, en de duidelijkheid die hij bood ten opzichte van de cassetteband was onmiskenbaar. Net zoals er vraag was naar apparaten om de nieuwe 4K-videostandaard van vandaag af te spelen, gold hetzelfde voor de compact disc.
Wat natuurlijk de autoradio-cd-ontvanger inluidde. Met zijn superieure helderheid en gebruiksgemak was het bewind van de CD-receiver compleet. Maar waar kapitalisme is, vindt u ongetwijfeld directe concurrentie. Dit was zeker het geval voor de cd-ontvanger, en het meest gehate verschil dat de hoogwaardige auto-audiocomponenten konden gebruiken om hun klanten te overtuigen, was superieure helderheid. De duidelijkheid waarover ze spraken, was alleen haalbaar door hun superieure signaal-ruisverhouding-specificaties.
De enige specificatie die altijd beter was dan de mindere merken was hun signaal-ruisverhouding (SNR). Bovendien was het verschil in helderheid en muzikale aanwezigheid zelfs voor het ongetrainde oor onmiskenbaar. Dus als SNR zoveel verschil kan maken in de helderheid van het muzikale geluid, dan is het belang ervan in toepassingen voor signaaloverdracht exponentieel kritischer. Daarom zal ik in de volgende paragrafen de SNR bespreken en hoe deze kan worden berekend om de nauwkeurigheid van het ontwerp te garanderen.
Wat is de signaal-ruisverhouding?
In termen van definitie, SNR of signaal-ruisverhouding is de verhouding tussen de gewenste informatie of het vermogen van een signaal en het ongewenste signaal of het vermogen van de achtergrondruis.
SNR is ook een meetparameter die wordt gebruikt in de velden van wetenschap en techniek die het niveau van het gewenste signaal vergelijkt met het niveau van achtergrondruis. Met andere woorden, SNR is de verhouding van signaalvermogen tot het ruisvermogen, en de expressie-eenheid is typisch decibel (dB). Ook betekent een verhouding groter dan 0 dB of hoger dan 1: 1 meer signaal dan ruis.
Afgezien van de technische definitie van SNR, is de manier waarop ik het in andere termen definieer door een vergelijkingsmiddel te gebruiken. Stel bijvoorbeeld dat jij en een andere persoon in een grote kamer een gesprek voeren. De kamer is echter vol met andere mensen die ook gesprekken voeren. Bovendien hebben een paar van de andere personen ook vergelijkbare stempatronen als u en de andere persoon die bij uw discussie betrokken is. Zoals u zich kunt voorstellen, zou het moeilijk zijn om te ontcijferen welke persoon wat zegt.
Waarom is de signaal-ruisverhouding belangrijk?
In de vorige vergelijking kunt u een beter begrip krijgen van wat wordt bedoeld met een ongewenst signaal of ruis. Zoals u zich ook kunt voorstellen, is het bijna onmogelijk om de andere partij die bij uw gesprek betrokken is, te begrijpen. In een scenario als dit zouden we dit ook beschouwen als een signaal-ruisprobleem of het equivalent van een signaal-ruisverhouding die onder de acceptabele parameters ligt.
Stel nu dat het gewenste signaal essentiële gegevens zijn. met een strikte of nauwe tolerantie voor fouten, en er zijn andere signalen die uw gewenste signaal verstoren. Nogmaals, het zou de taak van de ontvanger exponentieel uitdagender maken om het gewenste signaal te ontcijferen. Samenvattend is dit wat het hebben van een hoge signaal-ruisverhouding zo belangrijk maakt. Bovendien kan dit in sommige gevallen ook het verschil betekenen in het wel of niet functioneren van een apparaat, en in alle gevallen heeft het invloed op de prestaties tussen zender en ontvanger.
Bij draadloze technologie is de sleutel tot de prestaties van het apparaat de het vermogen van het apparaat om de toegepaste signalen als legitieme informatie te onderscheiden van eventuele achtergrondruis of signalen in het spectrum. Dit belichaamt de definitie van de standaarden die SNR-specificaties worden gebruikt om in te stellen. Bovendien zijn de standaarden die ik verwijs ook om een goede draadloze functionaliteit te garanderen.
De basisprincipes van signaal-ruisverhoudingberekeningen
In algemene termen is SNR het verschil tussen het gewenste signaal en de ruisvloer. In termen van definitie is de ruisvloer ook de misleidende achtergrondtransmissies die worden geproduceerd door andere apparaten of door apparaten die onbedoeld interferentie genereren op een vergelijkbare frequentie. Om de signaal-ruisverhouding vast te stellen, moet men daarom het kwantificeerbare verschil tussen de gewenste signaalsterkte en de ongewenste ruis vinden door de ruiswaarde af te trekken van de signaalsterkte.
Het bereiken van de gewenste signaalintegriteit kan moeilijk zijn in elke ontwerpfase.
Hypothetisch gesproken, als de radio van uw apparaat een signaal ontvangt van -65 dBm (decibel per milliwatt), en de ruisvloer is -80 dBm, dan is het resulterende signaal tot ruisverhouding is 15 dB. Dit zou dan weerspiegelen als een signaalsterkte van 15 dB voor deze draadloze verbinding. Zoals u zeker weet, stellen de experts in termen van connectiviteit in draadloze netwerken een vereiste van een SNR van ten minste 20 dB om te zeggen, surf op internet. Het volgende zijn echter SNR-vereisten versus SNR-waarden:
-
5 dB tot 10 dB: is onder het minimumniveau om een verbinding tot stand te brengen, vanwege waardoor het geluidsniveau bijna niet te onderscheiden is van het gewenste signaal (nuttige informatie).
-
10 dB tot 15 dB: is het geaccepteerde minimum om een onbetrouwbare verbinding tot stand te brengen.
-
15 dB tot 25 dB: is typisch nadelen beschouwde het minimaal aanvaardbare niveau om slechte connectiviteit tot stand te brengen.
-
25 dB tot 40 dB: wordt als goed beschouwd.
-
41 dB of hoger: wordt als uitstekend beschouwd.
Hoewel SNR routinematig wordt gebruikt om de helderheid of sterkte van elektrische signalen te kwantificeren, kan het ook van toepassing zijn op elke vorm van signaal (transmissie). Het wordt bijvoorbeeld gebruikt om isotoopniveaus in ijskernen, biochemische signalering tussen cellen of helderheid van audiogeluid voor auto-versterkers en broneenheden (dvd, cd of digitaal) te beschrijven. Bij audiocomponenten is de SNR echter altijd een positieve waarde. Een SNR van 95 dB betekent bijvoorbeeld dat het niveau van het audiosignaal 95 dB hoger is dan het niveau van de ruis. Wat op zijn beurt betekent dat een SNR van 95 dB beter is dan een SNR van 80 dB.
Hoe de signaal-ruisverhouding te berekenen
SNR-berekeningen kunnen zowel eenvoudig als complex zijn , en het hangt af van de apparaten in kwestie en uw beschikbare gegevens. Dus als uw SNR-metingen al in decibelvorm zijn, kunt u de hoeveelheid ruis aftrekken van het gewenste signaal: SNR = S – N. Dit komt omdat wanneer u logaritmen aftrekt, dit het equivalent is van het delen van normale getallen. Ook is het verschil in cijfers gelijk aan de SNR. Je meet bijvoorbeeld een radiosignaal met een sterkte van -10 dB en een ruissignaal van -50 dB. -10 – (-50) = 40 dB.
Zoals ik al eerder zei, kan het ook een rol spelen bij het berekenen van SNR. Dus voor complexe berekeningen deelt u de waarde van het gewenste signaal door de hoeveelheid ruis en neemt u vervolgens de algemene logaritme van het resultaat, d.w.z. log (S ÷ N). Hierna, als de metingen van de signaalsterkte in watt (vermogen) zijn, vermenigvuldigt u zich met 20. Als het echter eenheden van spanning zijn, vermenigvuldigt u zich met 10.
Formule signaal-ruisverhouding en kanaalcapaciteit
De signaal-ruisverhouding is van invloed op alle draadloze netwerken, waaronder Bluetooth, Wi-Fi, 4G, 4G LTE en 5G, aangezien hun werking afhankelijk is van radiosignalen. Omdat ze ook functioneren door het gebruik van radiosignalen, heeft elk van de genoemde communicatiemethoden een maximale kanaalcapaciteit. Bovendien, naarmate de SNR toeneemt, neemt ook de kanaalcapaciteit toe.
In het algemeen hebben de kanaalcapaciteit, de bandbreedte en de signaal-ruisverhouding allemaal invloed op de maximale capaciteit van communicatiekanalen. Bovendien is deze ontdekking van Claude Shannon, en hij legt dit verband tijdens de Tweede Wereldoorlog. In de huidige gebieden van elektronica en wetenschap noemen zowel ingenieurs als wetenschappers het de wet van Shannon of de stelling van Shannon-Hartley.
Volgens de wet van Shannon geeft de volgende formule deze correlatie weer die de capaciteit vormt afhankelijke relatie:
C = W log2 (1 +)
Binnen deze formule:
C is gelijk aan de capaciteit van het kanaal (bits / s)
S is gelijk aan het gemiddelde ontvangen signaalvermogen
N is gelijk aan het gemiddelde ruisvermogen
W is gelijk aan de bandbreedte (Hertz)
De stelling van Shannon-Hartley laat zien dat de waarden van S (gemiddeld signaalvermogen), N (gemiddeld ruisvermogen) en W (bandbreedte) stelt de limiet van de transmissiesnelheid in.
Het realiseren van technische ontwerpen met veeleisende signaaluitdagingen loont in de huidige evoluerende industrie.
Th Het belang van een nauwkeurige berekening van de signaal-ruisverhouding is essentieel voor het uiteindelijke doel van efficiënte en nauwkeurige ontwerpen. Bovendien zal het berekenen van de SNR ook inzicht geven in ontwerpfunctionaliteit en ontwerpprestaties. Het moment om te beseffen dat een ontwerp niet haalbaar is, ligt vóór de fabricagefase. Daarom is het essentieel om ontwerpparameters te beoordelen door zowel berekeningen als simulatie.
Gelukkig, met de reeks ontwerp- en analysetools van Cadence, weet u zeker dat uw ontwerpers en productieteams samenwerken om de juiste technieken te implementeren om de signaal-ruisverhouding in al uw PCB-ontwerpen te berekenen. Allegro PCB Designer is de lay-outoplossing waarnaar u op zoek was, en het kan ongetwijfeld de implementatie van effectieve signaal-ruisverhoudingsstrategieën in uw huidige en toekomstige PCB-ontwerpen vergemakkelijken.
Als u meer wilt weten over hoe Cadence de oplossing voor u heeft, praat dan met ons en ons team van experts.
Over de auteur
Cadence PCB-oplossingen is een compleet ontwerptool van voren naar achteren om snelle en efficiënte productcreatie mogelijk te maken. Met Cadence kunnen gebruikers ontwerpcycli nauwkeurig verkorten om over te dragen aan productie via de moderne IPC-2581 industriestandaard.
Volg op Linkedin Bezoek website Meer inhoud door Cadence PCB Solutions