În adolescență, în timp ce învățam profunzimile audio ale mașinii, deseori lăsat în detaliul pur al fiecărei note. Pentru mine, muzica era îmbătătoare, aproape la fel de mult ca și domeniile Științei și Electronicii. Cu toate acestea, în acest timp, debutul compact discului și, bineînțeles, subwooferul mașinii ocupa un loc central.
Înainte de compact disc, vinilul era alegerea clară pentru reproducerea audio, în termeni a plăcerii de a asculta. Cu toate acestea, mulți ar susține că este încă, în anumite condiții. Mai mult, CD-ul a schimbat jocul pe atunci, iar claritatea pe care o oferea față de caseta era incontestabilă. La fel cum a existat o cerere pentru dispozitive pentru a reda noul standard video 4K de astăzi, același lucru a fost valabil și pentru discul compact.
Care, desigur, a introdus receptorul CD audio al mașinii. Cu claritatea superioară și ușurința de utilizare, domnia receptorului CD a fost completă. Cu toate acestea, acolo unde există capitalism, sunteți sigur că veți găsi o concurență directă. Acesta a fost, cu siguranță, cazul receptorului CD, iar cea mai deranjată diferență pe care o puteau folosi componentele audio auto de înaltă calitate pentru a-și influența clienții era claritatea superioară. Claritatea despre care vorbeau era realizabilă doar prin specificațiile superioare ale raportului semnal / zgomot.
Singura specificație care a fost întotdeauna mai bună decât mărcile mai mici a fost raportul semnal / zgomot (SNR). Mai mult, chiar și pentru urechea neinstruită, diferența de claritate și prezență muzicală era incontestabilă. Deci, dacă SNR poate face atât de mult o diferență în claritatea sunetului muzical, atunci importanța sa în aplicațiile de transmisie a semnalului este exponențial mai critică. Prin urmare, în următoarele câteva paragrafe, voi discuta despre SNR și despre cum să îl calculez pentru a asigura acuratețea proiectării.
Ce este raportul semnal / zgomot?
În ceea ce privește definiția, SNR sau raportul semnal-zgomot este raportul dintre informațiile dorite sau puterea unui semnal și semnalul nedorit sau puterea zgomotului de fundal.
De asemenea, SNR este un parametru de măsurare utilizat în câmpuri de știință și inginerie care compară nivelul semnalului dorit cu nivelul de zgomot de fond. Cu alte cuvinte, SNR este raportul dintre puterea semnalului și puterea de zgomot, iar unitatea sa de expresie este de obicei decibeli (dB). De asemenea, un raport mai mare de 0 dB sau mai mare de 1: 1, înseamnă mai mult semnal decât zgomot.
În afară de definiția tehnică a SNR, modul în care îl definesc în alți termeni este prin utilizarea unui comparativ. De exemplu, spuneți că dvs. și o altă persoană vă aflați într-o cameră mare, purtând o conversație. Cu toate acestea, camera este plină de alte persoane care poartă și conversații. Mai mult, câteva dintre celelalte persoane au, de asemenea, modele vocale similare cu tine și cu cealaltă persoană implicată în discuția ta. După cum vă puteți imagina, ar fi dificil să descifrați cine spune ceva.
De ce este important raportul zgomot / zgomot?
În comparația anterioară, puteți obține o mai bună înțelegere a ceea ce se înțelege printr-un semnal sau zgomot nedorit. După cum vă puteți imagina, ar fi aproape imposibil să înțelegeți cealaltă parte implicată în conversația dvs. De asemenea, într-un astfel de scenariu, am considera că acesta este un semnal la zgomot sau echivalentul unui raport semnal la zgomot care este sub parametrii acceptabili.
Acum presupunem că semnalul dorit este o informație esențială cu o toleranță strictă sau restrânsă la erori și există alte semnale care perturbă semnalul dorit. Din nou, sarcina receptorului ar face exponențial mai dificilă descifrarea semnalului dorit. În rezumat, acest lucru face ca având un raport semnal / zgomot ridicat să fie atât de important. Mai mult, în unele cazuri, aceasta poate însemna și diferența în funcționarea sau nu a unui dispozitiv și, în toate cazurile, afectează performanța dintre emițător și receptor. capacitatea dispozitivului de a distinge semnalele aplicate ca informații legitime de orice zgomot de fond sau semnale din spectru. Acest lucru simbolizează definiția standardelor pe care sunt utilizate specificațiile SNR. Mai mult, standardele la care mă refer pentru a asigura funcționalitatea wireless adecvată, de asemenea. și podeaua de zgomot. De asemenea, din punct de vedere al definiției, podeaua de zgomot este transmisiile de fundal specioase care sunt produse de alte dispozitive sau de dispozitive care generează neintenționat interferențe pe o frecvență similară. Prin urmare, pentru a stabili raportul semnal / zgomot, trebuie găsită diferența cuantificabilă între puterea semnalului dorită și zgomotul nedorit, scăzând valoarea zgomotului din valoarea puterii semnalului.
Obținerea integrității semnalului dorit poate să fie dificil în orice etapă de proiectare.
Ipotetic vorbind, dacă radioul dispozitivului dvs. primește un semnal la -65 dBm (decibeli pe miliwatt), iar nivelul de zgomot este de -80 dBm, atunci semnalul rezultat raportul zgomot este de 15 dB. Acest lucru s-ar reflecta apoi ca o putere a semnalului de 15 dB pentru această conexiune wireless. După cum sunt sigur că știți, în ceea ce privește conectivitatea în rețelele fără fir, experții declară o cerință a unui SNR de cel puțin 20 dB pentru a spune, navigați pe web. Cu toate acestea, următoarele sunt cerințele SNR față de valorile SNR:
-
5 dB până la 10 dB: este sub nivelul minim pentru a stabili o conexiune, datorită nivelul de zgomot fiind aproape indistinct de semnalul dorit (informații utile).
-
10 dB până la 15 dB: este minimul acceptat pentru a stabili o conexiune nesigură.
-
15 dB până la 25 dB: este de obicei contra a identificat nivelul minim acceptabil pentru a stabili o conectivitate slabă.
-
25 dB – 40 dB: este considerat bun.
-
41 dB sau mai mare: este considerat excelent.
Deși SNR este utilizat în mod obișnuit pentru a cuantifica claritatea sau puterea semnalelor electrice, se poate aplica și oricărei forme de semnal (transmisie). De exemplu, este folosit pentru a descrie nivelurile izotopilor din miezurile de gheață, semnalizarea biochimică între celule sau claritatea sunetului audio pentru amplificatoarele auto și unitățile sursă (DVD, CD sau Digital). Cu toate acestea, în cazul componentelor audio, SNR este întotdeauna o valoare pozitivă. De exemplu, un SNR de 95 dB, înseamnă că nivelul semnalului audio este cu 95 dB mai mare decât nivelul zgomotului. Ceea ce, la rândul său, înseamnă că un SNR de 95 dB este mai bun decât unul care este de 80 dB.
Cum se calculează raportul semnal / zgomot
Calculele SNR pot fi simple sau complexe și depinde de dispozitivele în cauză și de datele disponibile. Deci, dacă măsurătorile dvs. SNR sunt deja în formă de decibeli, atunci puteți scădea cantitatea de zgomot din semnalul dorit: SNR = S – N. Acest lucru se datorează faptului că atunci când scădeți logaritmi, este echivalentul împărțirii numerelor normale. De asemenea, diferența de numere este egală cu SNR. De exemplu, măsurați un semnal radio cu o putere de -10 dB și un semnal de zgomot de -50 dB. -10 – (-50) = 40 dB.
După cum am spus mai devreme, poate fi implicat și calculul SNR. Deci, pentru calcule complexe, împărțiți valoarea semnalului dorit la cantitatea de zgomot și apoi luați logaritmul comun al rezultatului, adică log (S ÷ N). După aceasta, dacă măsurătorile puterii semnalului sunt în wați (putere), veți multiplica cu 20. Cu toate acestea, dacă sunt unități de tensiune, atunci veți multiplica cu 10.
Formula raportului semnal / zgomot și Capacitatea canalului
Raportul semnal / zgomot afectează toate rețelele fără fir și aceasta include Bluetooth, Wi-Fi, 4G, 4G LTE și 5G, deoarece funcționarea lor depinde de semnalele radio. De asemenea, deoarece funcționează prin utilizarea semnalelor radio, fiecare dintre metodele de comunicare menționate are o capacitate maximă de canal. Mai mult, pe măsură ce SNR crește, crește și capacitatea canalului.
În general, capacitatea canalului, lățimea de bandă și raportul semnal / zgomot, toate afectează capacitatea maximă a canalelor de comunicații. Mai mult, această descoperire îi aparține lui Claude Shannon și el face această corelație în timpul celui de-al doilea război mondial. În domeniile electronice și științifice actuale, atât inginerii, cât și oamenii de știință se referă la aceasta drept Legea lui Shannon sau teorema Shannon-Hartley.
Conform Legii lui Shannon, următoarea formulă descrie această corelație care formează capacitatea relație dependentă:
C = W log2 (1 +)
În cadrul acestei formule:
C este egal cu capacitatea canalului (biți / s)
S este egal cu puterea medie a semnalului primit
N este egal cu puterea medie a zgomotului
W este egal cu lățimea de bandă (Hertz)
Teorema Shannon-Hartley arată că valorile de S (puterea medie a semnalului), N (puterea medie a zgomotului) și W (lățimea de bandă) stabilește limita ratei de transmisie.
Realizarea proiectelor tehnice cu provocări de semnal exigente este plină de satisfacții în actuala industrie în evoluție.
Th Importanța calculării corecte a raportului semnal / zgomot este imperativă pentru scopul final al proiectării eficiente și precise. În plus, calculul SNR va oferi, de asemenea, informații despre funcționalitatea de proiectare și performanța de proiectare. Timpul pentru a realiza că un design nu este fezabil este înainte de faza de fabricație. Prin urmare, este esențial să se evalueze parametrii de proiectare prin calcule, precum și prin simulare.
Din fericire, cu suita de instrumente de proiectare și analiză Cadence, veți fi siguri că proiectanții și echipele de producție vor lucra împreună pentru a implementa tehnici adecvate pentru a calcula raportul semnal / zgomot în toate proiectele PCB. Allegro PCB Designer este soluția de aspect pe care o căutați și poate facilita fără îndoială implementarea unor strategii eficiente de raport semnal / zgomot în proiectele dvs. curente și viitoare de PCB.
Dacă doriți să aflați mai multe despre modul în care Cadence are soluția pentru dvs., discutați cu noi și cu echipa noastră de experți.
Despre autor
Cadence PCB solutions este un instrument complet de proiectare față în spate pentru a permite crearea rapidă și eficientă a produselor. Cadence permite utilizatorilor să scurteze cu precizie ciclurile de proiectare pentru a le transmite producției prin standardul industrial IPC-2581 modern.
Urmăriți pe Linkedin Vizitați site-ul web Mai mult conținut de Cadence PCB Solutions