Не забувайте про відношення сигнал
Це непросте завдання, оскільки в системі може бути безліч джерел шуму, наприклад, шум датчиків, шум перетворювачів сигналів, невизначеність при аналого-цифровому перетворенні (представлена у вигляді шуму) і похибка програмного алгоритму при виділенні корисної інформації з сигналу (також може бути представлена в вигляді шуму).
Яскравим прикладом системи з відмінним ставленням сигнал-шум є космічний апарат Voyager 2. Він був запущений 27 років тому і відійшов від Сонця більш ніж на 11 мільярдів кілометрів. Очікується, що передача сигналу з апарата не перерветься до 2020 року (43 роки в польоті), і НАСА отримає трильйони біт інформації від передавача виключно малої потужності порівняно з теле- та радіостанціями на Землі. НАСА досі успішно отримує дані від джерела, що знаходиться на відстані мільярдів кілометрів від приймача і використовує електроніку 1977 року, хоча дані і приходять із десятигодинною затримкою через величезну відстань, незважаючи на близьку до світлової швидкість (300000 км/с).
Voyager 2 змушений боротися з додатковими джерелами шуму, такими як внутрішні шуми передавача, космічні електромагнітні шуми, антени, а також шуми приймача. Виділення корисної інформації із зашумленого сигналу потребує потужної фільтрації та застосування складних програмних алгоритмів.
Визначення відносин сигнал-шум, вираженого в децибелах
Небагато розрахунків
Розрахунок сумарного відношення сигнал-шум системи досить складний, проте основне співвідношення, що визначає значення децибелах (дБ), досить очевидно (див. рівняння). Цей спосіб визначення відношення сигнал-шум зазвичай асоціюється з теле-і радіосистем зв'язку. Сучасніавтоматизовані системи управління потребують нового визначення відношення сигнал-шум, що характеризує системи збору даних на основі високошвидкісного аналого-цифрового перетворювача (АЦП).
Швидкість і точність отримання даних з датчика в автоматичних системах управління технологічними процесами найчастіше залежать від АЦП. Типові значення роздільної здатності, точності, лінійності, часу перетворення, швидкостей дискретизації, монотонності характеристик, компонентних складових шумів і т.д. залишаються важливими для розробників систем. Тим не менш, для сучасних високошвидкісних АЦП з N-розрядною роздільною здатністю вказується параметр сигнал-шум, який повніше відображає динамічні характеристики модулів збору даних і є зручним параметром для порівняння якості різних систем збору даних.
Відношення сигнал-шум ідеального N-розрядного модуля АЦП з похибкою невизначеності ±LSB/2 (LSB — значення молодшого розряду, шум «квантування»), виражається з основного співвідношення і становить 6,02*N+1,76 дБ. В даний час розробники застосовують дискретне перетворення Фур'є (ДПФ) на основі алгоритму швидкого перетворення Фур'є (БПФ), для обчислення параметра SINAD, що дорівнює відношенню суми потужностей сигналу, шуму та спотворень до суми потужностей шуму та спотворень (SINAD) - виражене в децибелах відношення рівня сигналу (SI) до рівня шуму та спотворень (NAD) модуля АЦП. Виміряні значення SINAD (за винятком постійної складової напруги) використовуються для визначення числа значущих розрядів (ENOB), яке є більш практичною характеристикою, що відображає загальну якість модуля АЦП. ENOB = (SINAD-1,76)/6,02. Наприклад, розглянемо 16-розрядний модуль АЦП з підсилювачем, мультиплексором, пристроєм вибірки-зберігання,АЦП та вихідним буфером, виміряне значення SINAD якого становить 86,3 дБ. Використовуючи вищезгадану формулу, отримаємо число значних розрядів (ENOB) рівне 14, що означає, що даний 16-розрядний модуль відповідає ідеальному 14-розрядному АЦП за значенням SINAD. Частота, амплітуда і швидкість дискретизації сигналу впливають значення SINAD, вимірюване за допомогою БПФ, і, отже, значення ENOB. Розробники систем управління технологічними процесами повинні обов'язково узгоджувати методи вимірювання SINAD та ENOB із виробниками.