Динамический диапазон ацп: Динамический диапазон rtl-sdr • dernasherbrezon

Динамический диапазон rtl-sdr • dernasherbrezon

Ниже я сделал перевод одной замечательной заметки Mile Kokotov о динамическом диапазоне rtl-sdr. Это очень важный показатель, которым я заинтересовался и решил разобраться. Возможно кому-нибудь это тоже будет полезно.

Большинство людей думает, что наиболее важной характеристикой радиоприёмника является чувствительность, но это не совсем так. Вообще, спроектировать и произвести приёмник с высокой чувствительностью не проблема. Гораздо сложнее для инженеров спроектировать приёмник с большим динамическим диапазоном, который смог бы принимать как очень слабые сигналы, так и очень сильные одновременно.

Перегрузка приёмника означает то, что он больше не является линейным и сам по себе начинает генерировать сигналы, добавляя шум. Очень сильные сигналы на входе приёмника делают его менее чувствительным, таким образом он больше не может принимать слабые сигналы до тех пор, пока существует сильный сигнал рядом. Не стоит забывать, что на вход приёмнику приходят все сигналы, несмотря на то, что нам нужен только один конкретный. Соответственно, чем шире полоса приёма, тем больше нужен динамический диапазон для того, чтобы избежать перегрузки.

Качество sdr приёмника зависит от множества факторов. И одним из наиболее важных параметров, которые напрямую влияют на качество sdr приёмника, является его динамический диапазон.

В общем случае, динамический диапазон — это отношение самого сильного сигнала, который можно принять, к самому слабому.

Для цифровых сигналов динамический диапазон определяется количеством битов в сэмпле: самый сильный сигнал использует все возможные биты, самый слабый — только один бит.

В sdr уровень аналогового сигнала, поступающего в АЦП, может быть отрегулирован (вручную или с помощью АРУ) для того, чтобы максимально эффективно использовать доступный динамический диапазон.

Если аналоговый сигнал слишком сильный, то его нельзя представить соответствующими значениями битов.

В таком случае АЦП подставляет максимальное или минимальное значение. Это называется отсечение и с точки зрения обработки сигналов представляет собой форму нелинейного сигнала. При этом появляются фантомные сигналы, которые копируют оригинальный на различных частотах.

Если аналоговый сигнал слишком слабый, то его присутствие не сможет дать даже одного бита выходного цифрового сигнала. На практике же, более грубое представление цифрового сигнала приводит к потере информации. Эту ситуацию называют шумом квантования.

Динамический диапазон АЦП — это отношение между самым сильным и самым слабым сигналом, которое может быть переведено в цифровой вид без искажений.

Самый сильный сигнал представляет собой максимальный входящий сигнал. Обычно 0dBFS (dBFS означает децибел по отношению к максимальному уровню) — это максимально возможный цифровой сигнал. При этом более слабые сигналы становятся отрицательными. Например, минимальный уровень шума может быть -60dBFS, -80dBFS, -100 dBFS в зависимости от качества sdr приёмника и соотношения сигнал/шум.

n\sqrt{\dfrac{3}{2}}) $$

Где n — количество бит, SQNR — динамический диапазон.

Согласно формуле динамический диапазон АЦП 8 бит равен ~50dB, 12 бит 74dB и 16 бит 98dB.

Почему же динамический диапазон важен для SDR?

Кто-то может подумать, что достаточно иметь АРУ (автоматическая регулировка усиления), которая поддерживает входной сигнал на необходимом уровне и, поэтому не нужен большой динамический диапазон. Это может сработать, но не стоит забывать что sdr приёмник получает сигнал на АЦП гораздо большей ширины, нежели необходимо. Дополнительная ширина сигнала позволяет получить спектограмму всей доступной полосы частот, но это так же значит, что на АЦП попадает множество энергии, в том числе и от нежелательных частот. Эти частоты могут быть достаточно сильными по сравнению с сигналом, который необходимо получить.

В таком случае, уровень усиления должен быть равен суммарной мощности всего радио сигнала поступающего на АЦП. Это решит проблему “слишком сильного” сигнала, при этом самый слабый сигнал будет определяться динамическим диапазоном. Тем не менее при большом динамическом диапазоне шум квантирования уменьшается, позволяя принимать слабые узкополосные сигналы.

Улучшить качество сигнала можно еще одним способом — используя более узкий аналоговый фильтр. Это позволит сократить входную мощность и позволит усилить сигнал без отсечения. Однако, это работает если sdr имеет встроенный настраиваемый фильтр.

В крайнем случае можно использовать фильтр, равный полосе принимаемого сигнала. Недостатком этого метода является то, что нельзя будет увидеть полный спектр.

Помимо количества бит АЦП, динамический диапазон может зависеть от шума и фантомных сигналов.

Если в приёмнике нет предусилителя, то его динамический диапазон ограничен динамическим диапазоном АЦП. Но если он есть, то динамический диапазон ограничен либо АЦП, либо предусилителем. При этом шум усилителя задаёт минимальный сигнал, который может быть оцифрован.

Динамический диапазон системы должен быть больше соотношения сигнал/шум. Если же он меньше, то входящий сигнал будет искажён приёмником, и узким местом такой системы будет мощность усилителя.

Фантомные сигналы намного более опасны, чем шум. Они имеют гораздо большую амплитуду нежели шум и она не зависит от выбранной полосы пропускания. Эти сигналы появляются в результате нелинейности АЦП. SFDR для АЦП определяется как отношение RMS амплитуды сигнала к RMS амплитуды самого большего фантомного сигнала. SFDR представлен на картинке ниже:

Есть некоторое заблуждение связанное с динамическим диапазоном широкополосных АЦП. Оно заключается в том, что АЦП работающее на 20МГц с динамическим диапазоном 74dB не может быть лучше радиоприёмника с динамическим диапазоном 85dB. Проблема в том, что сравнивается белое с пушистым. Нельзя говорить о динамическом диапазоне не упоминая ширину канала. Для радиолюбительского радио — это ширина приёмника. Она может быть 2400Гц для SSB или 500Гц для морзе.

На самом деле в некоторых sdr приёмниках используется децимация. Процесс децимации заключается в том, что цифровой сигнал, полученный с гораздо большей частотой дискретизации, уменьшается до интересующей частоты дискретизации. В результате динамический диапазон увеличивается за счёт “усиления обработки”. Усиление достигается за счёт того, что удаляется шум вне интересующей полосы частот, тем самым увеличивая соотношение сигнал/шум.

Например, Если взять 12-битный АЦП, работающий с частотой дискретизации 10МГц, то с помощью децимации можно увеличивать динамический диапазон на 3dB при каждом увеличении децимации в 2 раза:

Децимацияalias-free bandwidth (Mhz)Увеличение (dB)Динамический диапазон (dB)
08074
24377
42680
81983
160.51286
320.251589
640.1251892

AD7760 Техническое описание и информация о продукте

AD7760 Техническое описание и информация о продукте | Analog Devices
  1. Продукты
  2. Аналого-цифровые преобразователи
  3. Прецизионные АЦП ≤ 10MSPS
  4. Одноканальные АЦП
  5. AD7760
Enable javascript



  • Особенности и преимущества
  • Подробнее о продукте

Особенности и преимущества

  • Динамический диапазон 120 дБ при частоте обновления выходных данных 78 кГц
  • Динамический диапазон 100 дБ при частоте обновления выходных данных 2. 5 МГц
  • SNR 112 дБ при частоте обновления выходных данных 78 кГц
  • SNR 100 дБ при частоте обновления выходных данных 2.5 МГц
  • Максимальная частота обновления выходных данных при полной фильтрации 2.5 МГц
  • Полностью дифференциальный вход модулятора

  • Программируемый коэффициент избыточной дискретизации (от 8X до 256X)
  • Интегрированный дифференциальный усилитель для буферизации сигнала
  • Фильтр нижних частот с конечной импульсной характеристикой (КИХ), загружаемые по умолчанию или программируемые пользователем коэффициенты
  • Режим вывода данных с выхода модулятора
  • Бит оповещения о выходе за границы диапазона
  • Регистры цифровой коррекции смещения и коэффициента усиления

Подробнее о продукте

AD7760 — это высококачественный 24-разрядный сигма-дельта (Σ-Δ) аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Он обладает широкой полосой входного каскада, имеет высокое быстродействие и поддерживает отношение сигнал шум (SNR) 100 дБ при частоте обновления выходных данных 2.5 миллиона отсчетов в секунду (MSPS), что делает его идеальным выбором для высокоскоростных систем сбора данных. Широкий динамический диапазон в совокупности со значительно смягченными требованиями к входному аналоговому фильтру предотвращения спектральных наложений (антиалайзинговому фильтру) упрощают процесс проектирования. Наличие интегрированного буфера опорного напряжения, дифференциального усилителя для буферизации и преобразования уровня сигналов, флага выхода за пределы диапазона, внутренних регистров коррекции коэффициента усиления и смещения, а также цифрового КИХ фильтра нижних частот превращают AD7760 в компактное решение для построения систем сбора данных, требующее минимального количества внешних периферийных компонентов. Кроме того, компонент обладает программируемым коэффициентом децимации, а отклик цифрового КИХ фильтра может быть изменен пользователем, если характеристики по умолчанию не подходят для конкретного приложения.

AD7760 является идеальным вариантом для задач, где требуется высокое отношение сигнал-шум (SNR) без применения сложных входных схем обработки сигналов.

Аналоговый модулятор осуществляет выборку дифференциального входного сигнала с частотой до 40 миллионов отсчетов в секунду (MSPS). Выходной сигнал модулятора пропускается через последовательную комбинацию фильтров нижних частот, последний из которых может работать с загружаемыми по умолчанию или программируемыми пользователем коэффициентами. Частота дискретизации, граничные частоты фильтров и частота обновления выходных данных определяются совокупностью частоты внешнего тактового сигнала и содержимого регистров конфигурации AD7760.

Диапазон аналоговых входных напряжений AD7760 определяется приложенным опорным напряжением. При опорном напряжении 4 В диапазон дифференциальных аналоговых входных напряжений составляет ±3.2 В относительно синфазного напряжения 2 В. Это синфазное напряжение может формироваться внутренним дифференциальным усилителем, что дополнительно сокращает количество необходимых внешних аналоговых цепей.

AD7760 выпускается в 64-выводном корпусе TQFP с открытой теплоотводящей площадкой и работает в промышленном температурном диапазоне от −40°C до +85°C.

Области применения

  • Системы сбора данных
  • Анализ вибраций
  • Измерительная техника

По меньшей мере, одна модель из данной серии продукции находится в производстве и доступна для приобретения. Продукт подходит для применения в новых разработках, но возможно наличие новейших альтернатив.

{{#each lists}}

{{/each}}

AD7760 / AD7762 Evaluation Board

Техническое описание
  • AD7760: 2. 5 MSPS, 24-Bit, 100 dB Sigma-Delta ADC with On-Chip Buffer Data Sheet (Rev. A)

    8/17/2010
Статьи по применению
  • AN-282: Основы дискретных систем

    2/14/2015
  • AN-311: How to Reliably Protect CMOS Circuits Against Power Supply Overvoltaging

    3/8/2008
  • AN-342: Аналоговая обработка сигналов с высокими быстродействием и точностью

    10/10/2002
  • AN-280: Методы проектирования схем со смешанными сигналами

    10/10/2002
  • AN-389: Использование сигма-дельта преобразователей – Часть 2 (Rev. 0)

    9/25/2002
  • AN-388: Использование сигма-дельта преобразователей – Часть 1

    9/25/2002
  • Сигма-дельта АЦП и ЦАП

    9/24/2002
Руководства пользователя
  • UG-593: Evaluating the AD7760 and AD7762 Using the EVAL-CED1Z (Rev. 0)

    9/24/2015
Технические статьи
  • Designing Power Supplies for High Speed ADC

    2/1/2012
  • Vibration Analysis Using ADCs Keeps Industrial Equipment Working

    4/29/2010

Инструменты проектирования

AD7760 Сопутствующие компоненты

Рекомендуемые усилители-драйверы

  • Для схем с пониженным энергопотреблением, малой частотой и малыми размерами корпуса:

    AD8519.
  • For low noise and high frequency, try the AD8021 or the dual AD8022.: AD8021, AD8022.
  • For low noise, low power and low frequency: OP184.
  • For high frequency and low power: AD8031.
  • Для схем с однополярным питанием 5 В, в которых требуется пониженное энергопотребление:

    AD8605, AD8615, AD8655.
  • For low noise and low power applications: ADA4841-1.

Рекомендуемые источник опорного напряжения

  • For high precision, ultralow noise and high output source and sink current: ADR431, ADR434.

Компания Analog Devices всегда уделяла повышенное внимание обеспечению максимальных уровней качества и надежности предлагаемых продуктов. Для этого мы внедряем контроль качества и надежности на каждом этапе проектирования технологических процессов и продуктов, а также на этапе производства. Нашим принципом является обеспечение «полного отсутствия дефектов» поставляемых компонентов.

Выберите модель

Запросить уведомления об изменении продуктов/технологических процессов

Закрыть

  • Сохранить в myAnalog Войти в myAnalog
{{#ifCond pcn.length 0}} {{else}} {{#each pcn}} {{/each}}

{{. ./labels.pcn}}

{{../labels.title}}

{{../labels.publicationDate}}

{{number}} {{#ifCond applicable false}}
Уведомления PDN больше не применяются для этого компонента. Он отсутствует в данной версии PDN {{/ifCond}}
    {{#each links}}
  • {{title}}
  • {{/each}}
{{title}} {{publishDate}}
{{/ifCond}} {{#ifCond pdn. length 0}} {{else}} {{#each pdn}} {{/each}}

{{../labels.pdn}}

{{../labels.title}}

{{../labels.publicationDate}}

{{number}} {{#ifCond applicable false}}
Уведомления PDN больше не применяются для этого компонента. Он отсутствует в данной версии PDN {{/ifCond}}
    {{#each links}}
  • {{title}}
  • {{/each}}
{{title}} {{publishDate}}
{{/ifCond}}

Приведенные цены действительны в США и указаны только для примерного бюджетного рассчета. Цены указаны в долларах США (за штуку в указанном размере партии) и могут быть изменены. Цены в других регионах могут отличаться в зависимости от местных пошлин, налогов, сборов и курсов валют. Для уточнения стоимости обращайтесь в местные офисы продаж Analog Devices, или к официальным дистрибьюторам. Цены на оценочные платы и наборы указаны за штуку независимо от количества.

Помощь

 

Цена указана за одну единицу.

Через сайт Analog.com можно приобрести не более двух оценочных плат. Чтобы заказать более двух оценочных плат, пожалуйста, совершайте покупку через наших дистрибьюторов.

Цены указаны за одну штуку, в долларах США, на условиях ФОБ. Являются рекомендованными розничными ценами в США, приведены только для примерного расчета и могут меняться. Международные цены могут отличаться на величину местных пошлин, налогов, сборов и курсов валют.

 

Как найти динамический диапазон АЦП?

Спросил

Изменено 1 год, 3 месяца назад

Просмотрено 47 тысяч раз

\$\начало группы\$

Я купил аналого-цифровой преобразователь, но не придал особого значения динамическому диапазону. Разрешение 12 бит. Минимальное входное напряжение 0В, максимальное 5В.

Проблема в том, что у меня нет таблицы данных, и я хочу знать, как мне найти динамический диапазон этого АЦП? 9{12}\$ или 4096. Таким образом, минимальное напряжение, при котором в АЦП должен быть установлен только младший значащий бит, составляет 5 В/4096 = 1,22 мВ. Таким образом, динамический диапазон вашего АЦП составляет 5/1,22 мВ = 4096 = 72,2 дБ. В общем, динамический диапазон зависит только от количества битов, а не от максимального входного напряжения. Но я рассчитал, используя напряжение, чтобы показать вам детали.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Динамический диапазон — это отношение (обычно выражаемое в дБ) между минимальным уровнем шума АЦП и максимальным входным сигналом.

Как говорит Брайан в своем комментарии, шум квантования устанавливает нижний предел минимального уровня шума при фактической частоте дискретизации, однако шум реального АЦП будет выше, чем шум квантования.

Кроме того, если вы возьмете АЦП со скоростью 10 Мбит/с и ограничите полосу пропускания и уменьшите выходной сигнал до более низкой частоты дискретизации, динамический диапазон может быть увеличен на целых 10 дБ за десятилетие понижения частоты дискретизации.

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Динамический диапазон вашего АЦП рассчитывается как DR= 6,021*N + 1,763 дБ. где N= количество бит, т.е. 12 бит ДР = 74 дБ.

\$\конечная группа\$

3

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

. {16} = 0,000076 В\$, поэтому динамический диапазон будет \$\ журнал small20\cdot(5/0.000076)=9N\$ обозначает общее количество дискретных шагов, на которые разбивается диапазон напряжения для процесса квантования. Я думаю, что ошибка квантования (и, следовательно, минимальный уровень шума из-за нее) будет не более 1/2 шага (не 1 ), учитывая, что выборки округляются до ближайшего дискретного шага, а наибольшее смещение от любого значения выборки будет составлять не более 1/2 величины шага.

Мы будем очень признательны за любые разъяснения или идеи.

  • АЦП
  • квантование 9{16}/1))\$, которое является вашим вторым уравнением.

    Из этого вы можете видеть, что в знаменателе стоит 1, а не 1/2, потому что ваше определение динамического диапазона было отношением максимального значения к размеру шага.

    Я думаю, что ошибка квантования (и, следовательно, минимальный уровень шума из-за нее) будет не более 1/2 шага (не 1),

    Использование максимального значения (которое почти никогда не происходит) не имеет большого смысла, поскольку вы редко увидите такую ​​большую ошибку.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *