Inhoud
- Elektronische signalen en ruis
- Over Decibel-eenheden
- Signaalmeting en analyse
- SNR-berekening - eenvoudig
- SNR-berekening - Ingewikkeld
- Betekenis van SNR
In elektronica en radio kan de verhouding van gewenste elektronische signalen tot ongewenste ruis variëren over een extreem breed bereik, tot een miljard keer of meer. De berekening voor de signaal-ruisverhouding (SNR) is ofwel het verschil van twee logaritmen of de logaritme van de verhouding van de hoofd- en ruissignalen.
Elektronische signalen en ruis
Voor beter of slechter, ongewenste ruis is een natuurlijk voorkomend en onontkoombaar deel van signalen in alle elektronische circuits en uitgezonden radiogolven. Elk circuitonderdeel, van transistoren tot weerstanden tot de bedrading, bestaat uit atomen die willekeurig trillen in reactie op de omgevingstemperatuur; de willekeurige trillingen produceren elektrische ruis. In de lucht passeren radiotransmissies een omgeving vol elektromagnetische interferentie (EMI) van hoogspanningsleidingen, industriële apparatuur, de zon en vele andere bronnen. Een elektronica-ingenieur wil weten, van het signaal dat haar apparatuur ontvangt, hoeveel is ruis en hoeveel is gewenste informatie.
Over Decibel-eenheden
Wetenschappers en ingenieurs die met signalen werken, gebruiken vaak metingen in decibel (dB) -formaat in plaats van standaard lineaire eenheden zoals volt of watt. Dit komt omdat je in een lineair systeem ofwel veel lastige nullen in je cijfers zult schrijven, of toevlucht zult nemen tot wetenschappelijke notatie. Decibel-eenheden daarentegen vertrouwen op logaritmen. Hoewel dB-eenheden even wennen zijn, maken ze het leven gemakkelijker door u nummers te laten gebruiken die compacter zijn. Een versterker heeft bijvoorbeeld een dynamisch bereik van 100 dB; dit betekent dat de sterkste signalen 10 miljard keer sterker zijn dan de zwakste. Werken met "100 dB" is eenvoudiger dan "10 miljard."
Signaalmeting en analyse
Voordat u de SNR-berekening uitvoert, hebt u gemeten waarden van het hoofdsignaal, S en de ruis, N. nodig. U kunt een signaalsterkte-analysator gebruiken die de signalen op een grafisch display weergeeft. Deze displays tonen meestal de signaalsterkte in decibel (dB) eenheden. Aan de andere kant kunt u 'ruwe' signaal- en ruiswaarden krijgen in eenheden zoals volt of watt. Dit zijn geen dB-eenheden, maar u kunt dB-eenheden bereiken door een logaritme-functie toe te passen.
SNR-berekening - eenvoudig
Als uw signaal- en ruismetingen al in dB-vorm zijn, trekt u eenvoudig het ruisgetal af van het hoofdsignaal: S - N. Omdat wanneer u logaritmen aftrekt, dit hetzelfde is als het delen van normale getallen. Het verschil tussen de cijfers is de SNR. Bijvoorbeeld: u meet een radiosignaal met een sterkte van -5 dB en een ruissignaal van -40 dB. -5 - (-40) = 35 dB.
SNR-berekening - Ingewikkeld
Om de SNR te berekenen, deelt u de waarde van het hoofdsignaal door de waarde van de ruis en neemt u vervolgens de gemeenschappelijke logaritme van het resultaat: log (S ÷ N). Er is nog een stap: als uw signaalsterktecijfers eenheden van vermogen (watt) zijn, vermenigvuldig met 20; als het spanningseenheden zijn, vermenigvuldig met 10. Voor vermogen is SNR = 20 log (S ÷ N); voor spanning, SNR = 10 log (S ÷ N). Het resultaat van deze berekening is de SNR in decibel. Uw gemeten ruiswaarde (N) is bijvoorbeeld 1 microvolt en uw signaal (S) is 200 millivolt. De SNR is 10 log (.2 ÷ .000001) of 53 dB.
Betekenis van SNR
Signaal-ruisverhoudingsgetallen gaan allemaal over de sterkte van het gewenste signaal vergeleken met de ongewenste ruis. Hoe groter het nummer, hoe meer het gewenste signaal "opvalt" in vergelijking met de ruis, wat een duidelijkere overdracht van betere technische kwaliteit betekent. Een negatief getal betekent dat de ruis sterker is dan het gewenste signaal, wat problemen kan veroorzaken, zoals een mobiel telefoongesprek dat te onleesbaar is om te begrijpen. Voor een spraakoverdracht van redelijke kwaliteit, zoals een cellulair signaal, is de SNR gemiddeld ongeveer 30 dB, of een signaal dat 1000 keer sterker is dan de ruis. Sommige audioapparatuur heeft een SNR van 90 dB of hoger; in dat geval is het signaal 1 miljard keer sterker dan de ruis.