Jako nastolatek, ucząc się od podszewki car audio, często pławiły się w najdrobniejszych szczegółach każdej nuty. Dla mnie muzyka była odurzająca, prawie tak samo jak nauka i elektronika. Jednak w tym czasie pojawienie się płyty kompaktowej i, oczywiście, samochodowego subwoofera zajmowało centralne miejsce.
Przed płytą kompaktową winyl był oczywistym wyborem do reprodukcji dźwięku, jeśli chodzi o przyjemności słuchania. Jednak wielu twierdzi, że pod pewnymi warunkami nadal tak jest. Co więcej, płyta CD zmieniła wtedy zasady gry, a klarowność, jaką zapewniała w porównaniu z kasetą magnetofonową, była niezaprzeczalna. Tak jak istniało zapotrzebowanie na urządzenia do odtwarzania nowego standardu wideo 4K w dzisiejszych czasach, tak samo było w przypadku płyt kompaktowych.
Co oczywiście zapoczątkowało odtwarzacz samochodowy audio CD. Dzięki wyjątkowej przejrzystości i łatwości obsługi, rządy nad odtwarzaczem CD dobiegły końca. Jednak tam, gdzie jest kapitalizm, z pewnością znajdziesz bezpośrednią konkurencję. Tak było z pewnością w przypadku amplitunera CD, a najbardziej wyśmiewaną różnicą, jaką wysokiej klasy samochodowe komponenty audio mogły wykorzystać, aby przekonać klientów, była doskonała klarowność. Czystość, o której mówili, była osiągalna tylko dzięki ich lepszym specyfikacjom stosunku sygnału do szumu.
Jedyną specyfikacją, która była zawsze lepsza niż mniejszych marek, był ich stosunek sygnału do szumu (SNR). Co więcej, nawet dla niewprawnego ucha różnica w czystości i muzycznej prezencji była niezaprzeczalna. Tak więc, jeśli SNR może mieć tak duży wpływ na czystość dźwięku muzycznego, to jego znaczenie w zastosowaniach do transmisji sygnału jest wykładniczo bardziej krytyczne. Dlatego w kilku następnych akapitach omówię SNR i jak go obliczyć, aby zapewnić dokładność projektu.
Co to jest stosunek sygnału do szumu?
Pod względem definicji, SNR lub stosunek sygnału do szumu to stosunek pożądanej informacji lub mocy sygnału do niepożądanego sygnału lub mocy szumu tła.
Ponadto SNR jest parametrem pomiarowym używanym w polach nauki i techniki, która porównuje poziom żądanego sygnału z poziomem szumu tła. Innymi słowy, SNR to stosunek mocy sygnału do mocy szumu, a jego jednostką ekspresji są zazwyczaj decybele (dB). Ponadto stosunek większy niż 0 dB lub wyższy niż 1: 1 oznacza więcej sygnału niż szumu.
Poza techniczną definicją SNR, sposób, w jaki definiuję go w innych terminach, polega na użyciu porównania. Załóżmy na przykład, że ty i jedna inna osoba rozmawiacie w dużym pokoju. Jednak pokój jest pełen innych osób, które również prowadzą rozmowy. Co więcej, kilka innych osób również ma podobne wzorce głosu do Ciebie i innej osoby zaangażowanej w twoją dyskusję. Jak możesz sobie wyobrazić, trudno byłoby rozszyfrować, która osoba mówi co.
Dlaczego stosunek sygnału do szumu jest ważny?
W poprzednim porównaniu możesz lepiej zrozumieć tego, co oznacza niepożądany sygnał lub szum. Jak możesz sobie wyobrazić, zrozumienie drugiej strony zaangażowanej w twoją rozmowę byłoby prawie niemożliwe. Ponadto w scenariuszu takim jak ten uznalibyśmy to za problem sygnału do szumu lub równoważnik stosunku sygnału do szumu, który jest poniżej akceptowalnych parametrów.
Załóżmy teraz, że pożądany sygnał to istotne dane ze ścisłą lub wąską tolerancją błędów i istnieją inne sygnały zakłócające pożądany sygnał. Ponownie, odszyfrowanie żądanego sygnału byłoby wykładniczo trudniejsze dla zadania odbiornika. Podsumowując, właśnie to sprawia, że wysoki stosunek sygnału do szumu jest tak ważny. Co więcej, w niektórych przypadkach może to również oznaczać różnicę w funkcjonowaniu urządzenia lub nie, a we wszystkich przypadkach wpływa na wydajność między nadajnikiem a odbiornikiem.
W technologii bezprzewodowej kluczem do wydajności urządzenia jest zdolność urządzenia do odróżniania zastosowanych sygnałów jako uzasadnionych informacji od wszelkich szumów tła lub sygnałów w widmie. Uosabia to definicję standardów specyfikacji SNR, które są wykorzystywane do ustalenia. Co więcej, odnoszę się do standardów, aby zapewnić odpowiednią funkcjonalność sieci bezprzewodowej.
Podstawy obliczania stosunku sygnału do szumu
W podstawowym ujęciu SNR to różnica między pożądanym sygnałem i poziom szumów. Ponadto, z definicji, podłoga szumowa to zwodnicze transmisje tła, które są wytwarzane przez inne urządzenia lub urządzenia, które w sposób niezamierzony generują zakłócenia na podobnej częstotliwości. Dlatego, aby ustalić stosunek sygnału do szumu, należy obliczyć mierzalną różnicę między żądaną mocą sygnału a niepożądanym szumem, odejmując wartość szumu od wartości siły sygnału.
Osiągnięcie pożądanej integralności sygnału może być trudne na każdym etapie projektowania.
Hipotetycznie, jeśli radio twojego urządzenia odbiera sygnał o wartości -65 dBm (decybeli na miliwat), a poziom szumów wynosi -80 dBm, to wynikowy sygnał Stosunek do szumów wynosi 15 dB. To odzwierciedlałoby wtedy siłę sygnału 15 dB dla tego połączenia bezprzewodowego. Jestem pewien, że wiesz, że w zakresie łączności w sieciach bezprzewodowych eksperci określają wymóg SNR co najmniej 20 dB, aby powiedzieć, surfuj po Internecie. Jednak poniżej są wymagania SNR w porównaniu z wartościami SNR:
-
5 dB do 10 dB: jest poniżej minimalnego poziomu potrzebnego do ustanowienia połączenia, ze względu na do poziomu szumu, który jest prawie nie do odróżnienia od żądanego sygnału (przydatne informacje).
-
10 dB do 15 dB: to akceptowane minimum do ustanowienia zawodnego połączenia.
-
15 dB do 25 dB: to zwykle wady Idered minimalnie akceptowalnym poziomem do ustanowienia słabej łączności.
-
25 dB do 40 dB: jest uważany za dobry.
-
41 dB lub więcej: jest uważany za doskonały.
Chociaż SNR jest rutynowo używany do ilościowego określania czystości lub siły sygnałów elektrycznych, można go również zastosować do dowolnej formy sygnał (transmisja). Na przykład jest używany do opisywania poziomów izotopów w rdzeniach lodowych, sygnalizacji biochemicznej między komórkami lub klarowności dźwięku we wzmacniaczach samochodowych i jednostkach źródłowych (DVD, CD lub cyfrowe). Jednak w przypadku komponentów audio SNR jest zawsze wartością dodatnią. Na przykład SNR 95 dB oznacza, że poziom sygnału audio jest o 95 dB wyższy niż poziom szumu. Co z kolei oznacza, że SNR 95 dB jest lepszy niż 80 dB.
Jak obliczyć stosunek sygnału do szumu
Obliczenia SNR mogą być proste lub złożone i zależy to od danych urządzeń i dostępnych danych. Tak więc, jeśli pomiary SNR są już w decybelach, możesz odjąć wielkość szumu od żądanego sygnału: SNR = S – N. Dzieje się tak, ponieważ odejmowanie logarytmów jest odpowiednikiem dzielenia liczb normalnych. Różnica w liczbach równa się również SNR. Na przykład mierzysz sygnał radiowy o sile -10 dB i sygnał szumu o -50 dB. -10 – (-50) = 40 dB.
Jak wspomniałem wcześniej, obliczenie SNR może być również wykorzystane. Tak więc w przypadku skomplikowanych obliczeń dzielimy wartość żądanego sygnału przez wielkość szumu, a następnie bierzemy logarytm wspólny wyniku, tj. Log (S ÷ N). Następnie, jeśli pomiary siły sygnału są w watach (moc), pomnożymy przez 20. Jednakże, jeśli są to jednostki napięcia, pomnożymy przez 10.
Wzór na stosunek sygnału do szumu i Channel Capacity
Stosunek sygnału do szumu ma wpływ na wszystkie sieci bezprzewodowe, w tym Bluetooth, Wi-Fi, 4G, 4G LTE i 5G, ponieważ ich działanie zależy od sygnałów radiowych. Ponadto, ponieważ działają one z wykorzystaniem sygnałów radiowych, każda z wymienionych metod komunikacji ma maksymalną pojemność kanału. Co więcej, wraz ze wzrostem SNR zwiększa się również pojemność kanału.
Ogólnie rzecz biorąc, pojemność kanału, szerokość pasma i stosunek sygnału do szumu, wszystko to wpływa na maksymalną przepustowość kanałów komunikacyjnych. Co więcej, odkrycie to należy do Claudea Shannona, który dokonuje tego związku podczas II wojny światowej. We współczesnych dziedzinach elektroniki i nauki inżynierowie i naukowcy nazywają to prawem Shannona lub twierdzeniem Shannona-Hartleya.
Zgodnie z prawem Shannona, poniższy wzór przedstawia tę korelację, która tworzy zdolność zależność zależna:
C = W log2 (1 +)
W ramach tego wzoru:
C równa się pojemności kanału (bity / s)
S równa się średniej mocy odebranego sygnału
N równa się średniej mocy szumów
W równa się szerokości pasma (Hz)
Twierdzenie Shannona-Hartleya pokazuje, że wartości S (średnia moc sygnału), N (średnia moc szumów) i W (szerokość pasma) ustawia limit szybkości transmisji.
Tworzenie projektów technicznych z wymagającymi wyzwaniami w zakresie sygnału jest satysfakcjonujące w obecnej rozwijającej się branży.
Th Znaczenie dokładnego obliczenia stosunku sygnału do szumu jest niezbędne dla osiągnięcia ostatecznego celu, jakim są wydajne i dokładne projekty. Ponadto obliczenie SNR zapewni również wgląd w funkcjonalność projektu i wydajność projektu. Czas na uświadomienie sobie, że projekt nie jest wykonalny, jest przed fazą produkcji. Dlatego istotna jest ocena parametrów projektowych poprzez obliczenia, a także symulację.
Na szczęście dzięki pakietowi narzędzi projektowych i analitycznych Cadence, projektanci i zespoły produkcyjne będą współpracować w celu wdrożenia odpowiednich technik obliczania stosunku sygnału do szumu we wszystkich projektach PCB. Allegro PCB Designer to rozwiązanie, którego szukałeś, i może niewątpliwie ułatwić wdrażanie skutecznych strategii stosunku sygnału do szumu w twoich obecnych i przyszłych projektach PCB.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o rozwiązaniach Cadence dla Ciebie, porozmawiaj z nami i naszym zespołem ekspertów.
O autorze
Rozwiązania Cadence PCB to kompletne narzędzie do projektowania, umożliwiające szybkie i wydajne tworzenie produktów. Cadence umożliwia użytkownikom dokładne skrócenie cykli projektowych w celu przekazania ich do produkcji zgodnie z nowoczesnym standardem branżowym IPC-2581.
Śledź na LinkedIn Odwiedź witrynę internetową Więcej treści od Cadence PCB Solutions