Indhold
- Elektroniske signaler og støj
- Om decibel-enheder
- Signalmåling og analyse
- SNR-beregning - enkel
- SNR-beregning - Kompliceret
- Betydning af SNR
Inden for elektronik og radio kan forholdet mellem ønskede elektroniske signaler og uønsket støj variere over et ekstremt bredt område, op til en milliard gange eller mere. Beregningen af signal-til-støjforholdet (SNR) er enten forskellen mellem to logaritmer eller logaritmen for forholdet mellem hoved- og støjsignalerne.
Elektroniske signaler og støj
For bedre eller værre er uønsket støj en naturligt forekommende og uundgåelig del af signaler i alle elektroniske kredsløb og transmitterede radiobølger. Hver kredsløbskomponent, fra transistorer til modstande til ledningerne, består af atomer, der vibrerer tilfældigt som reaktion på omgivelsestemperatur; de tilfældige vibrationer producerer elektrisk støj. I luften passerer radiotransmissioner gennem et miljø fuld af elektromagnetisk interferens (EMI) fra kraftledninger, industrielt udstyr, solen og mange andre kilder. En elektronikingeniør vil vide, om det signal, hendes udstyr modtager, hvor meget der er støj, og hvor meget der ønskes information.
Om decibel-enheder
Forskere og ingeniører, der arbejder med signaler, bruger ofte målinger i decibel-format (dB) i stedet for standardlinjære enheder som volt eller watt. Dette skyldes, at i et lineært system vil du enten ende med at skrive en masse besværlige nuller i dine figurer eller tage til videnskabelig notation. Decibel-enheder er på den anden side afhængige af logaritmer. Selvom dB-enheder tager nogle at vænne sig til, gør de det lettere ved at lade dig bruge tal, der er mere kompakte. For eksempel har en forstærker et dynamisk område på 100 dB; det betyder, at de stærkeste signaler er 10 milliarder gange stærkere end de svageste. At arbejde med “100 dB” er lettere end “10 milliarder.”
Signalmåling og analyse
Før du foretager SNR-beregningen, har du brug for målte værdier for hovedsignalet, S og støj, N. Du bruger muligvis en signalstyrke-analysator, der viser signalerne på en grafisk skærm. Disse skærme viser typisk signalstyrke i decibel-enheder (dB). På den anden side kan du få "rå" signal- og støjværdier i enheder som volt eller watt. Dette er ikke dB-enheder, men du kan komme til dB-enheder ved at anvende en logaritmefunktion.
SNR-beregning - enkel
Hvis dine signal- og støjmålinger allerede er i dB-form, trækker du simpelthen støjtallet fra hovedsignalet: S - N. Fordi når du trækker fra logaritmer, er det det samme som at opdele normale tal. Forskellen mellem numrene er SNR. For eksempel: du måler et radiosignal med en styrke på -5 dB og et støjsignal på -40 dB. -5 - (-40) = 35 dB.
SNR-beregning - Kompliceret
For at beregne SNR skal du dele værdien på hovedsignalet med værdien på støj og derefter tage den fælles logaritme for resultatet: log (S ÷ N). Der er endnu et trin: Hvis dine signalstyrkestal er effektenheder (watt), skal du multiplicere med 20; hvis de er spændingsenheder, ganges med 10. For strøm, SNR = 20 log (S ÷ N); for spænding, SNR = 10 log (S ÷ N). Resultatet af denne beregning er SNR i decibel. For eksempel er din målte støjværdi (N) 1 mikrovolt, og dit signal (S) er 200 millivolt. SNR er 10 log (.2 ÷ .000001) eller 53 dB.
Betydning af SNR
Tall til signal-til-støjforhold handler om styrken af det ønskede signal sammenlignet med den uønskede støj. Jo større nummer, jo mere skiller det ønskede signal sig ud i sammenligning med støj, hvilket betyder en klarere transmission af bedre teknisk kvalitet. Et negativt tal betyder, at støjen er stærkere end det ønskede signal, hvilket kan stave problemer, f.eks. En mobiltelefonsamtale, der er for forvirret til at forstå. For en stemmetransmission af fair kvalitet, såsom et cellulært signal, gennemsnitligt SNR omkring 30 dB, eller et signal, der er 1000 gange stærkere end støj. Nogle lydudstyr har en SNR på 90 dB eller bedre; i dette tilfælde er signalet 1 milliard gange stærkere end støj.