17.05.2017

Spectrum-Digitizer: Boxcar-Funktion beseitigt Rauschanteile im Signal

Spectrum hat eine Funktion für seine Serie der modularen Digitizer angekündigt, die sich Boxcar-Mittelung nennt, hochfrequente Rauschanteile glättet und so klarere Signale erzeugt. Die Funktion ist nützlich bei starker Überabtastung und kann dann genutzt werden, um die vertikale Auflösung zu erhöhen, den Rauschpegel zu verringern und die dynamischen Charakteristika, wie Signal-Rausch-Abstand (SNR) oder den störungsfreien Dynamikbereich (SFDR) zu verbessern.


zum Vergrößern bitte auf die Grafik klicken (Bild: Spectrum)

Grundlage für die Lösung ist eine mathematische Funktion, die mehrere nebeneinander liegende Datenpunkte mittelt. Das oberste Signal (blau) im Bild zeigt ein Sinussignal mit deutlichem Rauschanteil. Dieses Signal beinhaltet die Rohdaten, die mit einem M4i.4450-x8 Digitizer mit 14 Bit Auflösung und einer Abtastrate von 500 MS/s aufgenommen wurden.


Das mittlere Signal (Orange) sowie das untere Signal (Rot) zeigen die Effekte der Boxcar-Mittelung auf das Ursprungssignal unter Nutzung von 8 bzw. 64 nebeneinanderliegenden Werten. Beide gemittelten Signale zeigen einen deutlich verringerten Rauschanteil.



Für maximale Flexibilität ...

erlaubt die Boxcar-Funktion die Auswahl des Glättungsfaktors im Bereich von 2 bis 256. Die erzeugten Daten werden kontinuierlich mit einer höheren Auflösung gespeichert, die proportional zur Auswahl des Glättungsfaktors ist. So erhöht die Mittelung von 2 Werten die Auflösung eines 16-Bit-Digitizers virtuell auf 17 Bit, bei 4 Werten sind es schon 18 Bit und beim Maximum von 256 Werten werden theoretische 24 Bit erreicht.


Ein Test mit einem stark vorgefilterten Sinussignal hat laut Spectrum eine Verbesserung der Digitizer-Performance von 2 Bit ergeben - nachgewiesen durch Berechnungen der effektiven Bitauflösung (ENOB). Bei gleichem Signal wurden SNR und SFDR um etwa 12 dB verbessert. Der Nachteil dieser Methode ist die damit einhergehende Filterung, die zu einem Verlust von hochfrequenten Signalanteilen führt. Bei Anwendung auf Signale, deren Frequenzen deutlich unter der Abtastrate des Digitizers liegt, zeigt die Boxcar-Funktion viele Vorteile.



Für Einzelschüsse verfügbar

So ist die Boxcar-Mittelung im Gegensatz zu traditionellen Mittlungen auch für Einzelschüsse verfügbar und benötigt keine wiederholenden Signale mit mehreren Trigger-Ereignissen. Die Boxcar-Funktion realisiert automatisch auch eine Dezimierung der Signale um den Mittelungsfaktor, so dass die resultierenden Signale verkleinert sind und schneller übertragen und verarbeitet werden können.


Obwohl das resultierende Signal in der Abtastrate verringert wird, stellt die von Spectrum gewählte Implementierung des Algorithmus sicher, dass die Trigger-Erkennung immer noch mit voller Abtastrate läuft. Dadurch ist der sehr präzise zeitliche Bezug zwischen Trigger und gemitteltem Signal garantiert.



Treiber und mehr

Die Boxcar-Funktion ist komplett über Spectrums Standardtreiber programmierbar. Diese unterstützen nahezu alle gängigen Programmiersprachen. Für Anwender, die keine eigenen Programme schreiben wollen, bietet Spectrum SBench 6 Professional an, eine Software mit grafischer Oberfläche. SBench 6 erlaubt die Kontrolle von allen Modi des Digitizer. Daten werden angezeigt, gespeichert, weiterverarbeitet oder dokumentiert.


 


--> -->