Die Summenmittelung wird direkt auf der PCIe-Karte durch FPGAs (Field Programmable Gate Array) durchgeführt. Die Karten der M5i-Serie bieten Abtastraten von bis zu 6,4 GS/s bei 12 Bit Auflösung und können alle erfassten Daten mit 12,8 GB/s direkt über den PCIe-Bus streamen. Durch die Option können erfasste Signale mit einer Rate von bis zu 15 Millionen Ereignissen pro Sekunde gemittelt werden.
Wie funktioniert das?
Durch die FPGA-basierte Verarbeitung erfolgt auch bei komplexen und langen Signalen eine schnelle Mittelwertbildung. Es lassen sich Signale mitteln, die bis zu 1 MSample pro Segment enthalten. Die Kombination der Digitizer mit der Block-Averaging-Option ist für HF-Anwendungen interessant, bei denen schmale Impulse mit niedrigen Pegeln verarbeitet werden, oder wenn Signaldetails aufgrund von starkem Rauschen verloren gehen. Einsatzbereiche können u.a. Lidar, Radar, Sonar, Massenspektrometrie, Radioastronomie, Automatisierung, Biomedizin und Kernphysik sein.
Was ist Summenmittelung (Summation Averaging)?
Die Summenmittelung ist eine zeitbasierte Processing-Methode, um die zufällige (unkorrelierte) Rauschkomponente eines Signals zu reduzieren und das Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) zu verbessern. Dabei wird gleichzeitig die Messauflösung und der Dynamikbereich eines Digitizers erhöht.
Für die Summenmittelung ist es ideal, wenn das Rauschen und das Signal unkorreliert sind, d.h. das Rauschen ist zufällig (Random-Noise), während sich das Signal wiederholt. In diesem Fall kann die Summenmittelungsfunktion das Signal/Rausch-Verhältnis proportional zur Quadratwurzel der Anzahl von Messungen (oder Mittelwerten) verbessern. Beispielsweise kann die 256-fache Mittelung eines Signals das SNR um bis zu 24 dB verbessern und die Messauflösung um etwa 4 Bit erhöhen. Daher kann diese Technik verwendet werden, um die 12 Bit-Auflösung der M5i-Digitizer zu vergrößern.
Wozu dient die Datenunterdrückung-Methode TDA (Threshold Defined Averaging)?
Um das Averaging effektiver zu gestalten, und um Ereignisse zu erkennen und zu mitteln, die sonst im Hintergrundrauschen untergehen, enthält die Option eine Datenunterdrückungs-Methode namens Threshold Defined Averaging (TDA). Mit TDA kann ein Schwellenpegel (Threshold) festgelegt werden, damit nur Abtastwerte zur dargestellten Wellenform beitragen, die diesen Pegel überschreiten. Abtastwerte unter dem eingestellten Pegel (Baseline Noise Samples) werden unterdrückt, indem sie auf null oder alternativ auf einen benutzerdefinierten Wert gesetzt werden.
Da alle Signaldaten, die unterhalb des Schwellenwerts liegen, aus dem gemittelten Signal entfernt werden, kann TDA nützlich sein, um korreliertes (synchrones) Rauschen mit niedrigem Pegel und andere Signal-Artefakte, wie z. B. Grundliniendrift, zu unterdrücken. Dies sind Signal-Anomalien, die nicht durch herkömmliche Summenmittelung beseitigt werden können.
Die neue Option (M5i.33xx-spavg) ist ab sofort für alle PCIe-Digitizer der M5i-Serie (M5i.33xx-x16) verfügbar.
