Spectrum儀器數(shù)字化儀現(xiàn)已提供基于FPGA的平均值

時間：2022-10-12 15:31:26

關(guān)鍵字： Spectrum儀器數(shù)字化儀 FPGA

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[導(dǎo)讀]強大的產(chǎn)品可降低信號噪音并提高分辨率與動態(tài)

中國北京，2022年10月12日訊——Spectrum儀器公司為旗下高速M5i數(shù)字化儀卡(圖1)新增固件選項，以實現(xiàn)板上求和平均值。平均值對于減少不必要的信號噪音，提高測量的分辨率、動態(tài)范圍以及信噪比(SNR)而言可謂是一款重要的工具。新選項使M5i數(shù)字化儀能夠通過先進的板上現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)技術(shù)實現(xiàn)平均功能，并以此增加產(chǎn)品的獨特性。M5i系列數(shù)字化儀的實時采樣速率高達6.4 GS/s和12位分辨率，可在速度高達12.8GB/s的情況下通過PCIe總線直接傳輸所有采集到的數(shù)據(jù)。新增的固件選項使這一功能發(fā)揮得更為出色，并允許以每秒產(chǎn)生1500萬事件的驚人速度獲取信號的平均值。

圖1:M5i.33xx系列數(shù)字化儀分為單通道和雙通道兩個型號,采樣率高達6.4 GS/s和 12位分辨率。通過PCIe 16 lane Gen3接口的數(shù)據(jù)流速率高達12.8 GB/s。

Spectrum儀器技術(shù)總監(jiān)Oliver Rovini表示:“M5i系列產(chǎn)品新增選項后，使其成為了目前市面上最強大的平均系統(tǒng)之一。基于FPGA的處理，可在復(fù)雜波形或是長波形的情況下都能實現(xiàn)超快的平均。事實上，該產(chǎn)品在平均波長方面的處理能力非常強大，每次采集的平均波形都高達1Msmple。新增選項所提供的平均值包給予從事高頻信號，非常窄的低電平脈沖以及信號細節(jié)由于大量噪音而丟失方面的專業(yè)人士極大的幫助。這其中的應(yīng)用包括質(zhì)譜、激光雷達、射電天文學(xué)、自動化、雷達、生物醫(yī)學(xué)、核物理、通信和聲納等?！?

關(guān)于求和平均(Summation Averaging)

求和平均是一種常見的、基于時域的處理技術(shù)，用于減少信號中隨機(不相關(guān))的噪音成分和提高信噪比(SNR)，與此同時還能提升數(shù)字化儀的測量分辨率和動態(tài)范圍。圖2顯示了如何通過平均值展示出被過度噪音掩蓋的信號細節(jié)的例子。

圖2:平均值是提取在隨機噪音中丟失信號時最重要的一項技術(shù)。它還能用于提高測量分辨率、動態(tài)范圍和信噪比。

在這個例子中，一個低電平信號(約3 mV)完全被隨機噪音(上方線條)所掩蓋。雖然在最初的單次采集中甚至看不到源信號，但平均10次后表明實際上存在一個5 peak的信號(中間線條)。平均1000次進一步提高了信號質(zhì)量，揭示了信號的真實形狀，完成二級最大和最小峰值(下方線條)。

理想情況下，如果信號和噪音沒有關(guān)聯(lián)，即信號重復(fù)時產(chǎn)生了隨機的噪音，那么求和平均功能可以提高信噪比的比例與測量次數(shù)(或平均值)的平方根成正比。例如，一個信號平均256次可以使信噪比提高24 dB或提高約4位的測量分辨率。因此，該技術(shù)可用于提升和擴展M5i系列數(shù)字化儀的12位分辨率。

內(nèi)置閾值自定義平均(TDA)

為了進一步提升產(chǎn)品的平均能力，并使M5i系列數(shù)字化儀能夠檢測并對在過度噪音背景中丟失的事件進行平均，新的固件選項設(shè)有一個稱為閾值自定義平均(TDA)的數(shù)據(jù)抑制技術(shù)。TDA允許用戶設(shè)置一個閾值水平。因此只有超過該水平的波形樣本才會產(chǎn)生累積波形?；€噪音樣本，即低于設(shè)置水平的樣本，可將其設(shè)置為0或者用戶自定義的數(shù)值。圖3顯示了FPGA功能的框架圖，圖4則為TDA過程的原理圖。