Обикновено цифрово радио
Продължавам да развивам темата. Днес ще се отклоним малко от вътрешната структура на приемника и ще говорим за предмета на жлезистата система. А именно за основния елемент на цифров приемник, от който зависи много - ADC. Е, и още за някои чипове. Ще опитам, тъй като мога да обясня всичко по най-простия начин .: O)
ADC
За нашите цели може би са приложими само високоскоростни ADC за конвейер, така че ще говорим за тях.
Няма да се фокусирам върху характеристиките на постоянен ток и интерфейси, мисля, че всеки може лесно да разбере това.
Като начало нека дефинираме основните характеристики на АЦП по отношение на променлив ток, които са много важни както при изчисленията, така и при избора на конкретен модел АЦП. Отивам…
SNR - съотношение сигнал/шум
СИНАД - съотношение сигнал/шум и изкривяване
ENOB - ефективен брой цифри
SFDR - динамичен обхват без хармоници.
SNR - съотношение сигнал/шум.
Това е съотношението на RMS амплитудата на сигнала към средната стойност на сумата на квадратите на всички останали компоненти на спектъра, с изключение на първите 6 (или 5) хармоници на сигнала и постоянния компонент.
Всеки ADC, в зависимост от битовата ширина, има известна грешка в квантуването (грешка при определяне на входната стойност), което създава така наречения шум от квантуването. Тези. колкото по-малък е капацитетът на ADC, толкова повече шум издава и съответно по-нисък SNR. За всеки ADC е вярна следната връзка:
SNR = 6.02 * N + 1.76 [dB] (1)
Където N е броят на цифрите.
Използвайки тази формула, можем да оценим теоретичния SNR, който може да има ADC с определена битова дълбочина. Например за 12-битов ADC това число би било:
SNR = 6.02 * 12 + 1.76 = 74 dB.
Може да се каже, че шумът от квантуването е равномерно разпределен по цялата зона на Найквист. Много хора се чудят как SNR на радиоприемник или друга система с цифров филтър може да бъде по-висока от SNR на ADC?
Нека да разгледаме графиката:
Фигурата показва разпределението на плътността на шума за квантуване ADC в първата зона на Nyquist. Както казах по-горе, плътността на шума се разпределя равномерно по цялата площ, но честотната лента на приемника Fpr, много по-малък от цялата зона. Следователно само част от този шум попада в тази зона. Ако останалата част от зоната на Найквист се филтрира от цифров филтър, тогава така нареченият коефициент на обработка или коефициент на усилване на системата ще бъде добавен към формулата за изчисляване на SNR на системата.
Cobr = 10 lg (Fsample/2 * Fpr)
Откъде ще бъде общият SNR на системата
SNR = 6.02N + 1.76 + Kobr
Нека сега оценим теоретичния SNR на нашия приемник с 12-битов ADC, 80 мега проби в секунда и 3 kHz честотна лента.
SNR = 6.02 * 12 + 1.76 + 10 lg (80000000/2 * 3000) = 115.249 dB.
Колкото и странно да изглежда, SNR на системата при такива условия съответства на 18 битов ADC. Разбирам, че причинява известна пробив в шаблона ... но какво можете да направите, това е суровата реалност. Това обаче теоретично е максималната стойност; в действителност всичко се оказва малко по-малко розово.
SINAD - съотношение сигнал/шум и изкривяване
По принцип същите яйца като SNR, само същите 6 хармоника, които сме изхвърлили при определяне на SNR, вече са взети под внимание.
ENOB - ефективен брой битове
Ако SINAD се замести в уравнение (1) вместо SNR и N се изрази, тогава получаваме ефективния брой битове ENOB.
ENOB = (SINAD - 1.76) /6.02
Факт е, че най-малко значимите битове на ADC, поради несъвършенството му, представляват шум и не носят полезна информация. И само стойността на ENOB ни казва колко бита могат да носят информация. Всъщност това е реалната битова дълбочина на ADC.
SNR = 6.02 * 11.4 + 1.76 + 10 lg (80000000/2 * 3000) = 111.637 dB.
С намаляване на входната честота ENOB, разбира се, се увеличава леко, но като правило незначително и мисля, че това изчисление е по-правилно. По-добре е леко да подценявате параметрите, отколкото да надценявате, кой мисли друго ?: O).
Още веднъж, това всъщност е перфектно изчисление. В действителност има скапан облак от нюанси, например шум от захранването, шум от предусилвател, фазов шум ще бъдат добавени към шума на квантуване и дори високите резистори издават повече шум от тези с нисък импеданс (не знаехте?, Кривина на оформлението на дъската и т.н .... Има много нюанси, но това е просто азбука от начално ниво.
SFDR - Без хармоничен динамичен обхват (шпора).
Това е съотношението на RMS сигнала към RMS на най-лошата (най-голяма по амплитуда) хармоника (spure), независимо къде е насложен или какъв е източникът му.
SFDR е много важен параметър, който ви позволява да изчислите най-малката стойност на сигнала, която може да се различи от приемането на силни смущения. Стойността на SFDR може да бъде посочена както по отношение на пълната скала (dBSF), така и по отношение на амплитудата на сигнала (dBc). Колкото по-голямо е това число, толкова по-добре.