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Uso de ruido para aumentar la resolución efectiva de la ADC

Me las arreglé para aumentar la resolución efectiva de un ADC de 10 bits por varios bits por muestreo repetitivo de la ruidosa entrada y tomando un promedio de más de muchas de las muestras.

Me pregunto qué algunas técnicas para la creación de este tipo de "ruido" a propósito para lograr el mismo efecto. Obviamente, cuanto más sencillo sea el circuito de la mejor. Probablemente hay un nombre para esta técnica, que yo no soy consciente de que?

Tengo algunos repuestos de salida digital de pines del microprocesador que yo podría tener algún uso para generar "ruido". En caso de que no importa, estoy usando un ADC de 10 bits con plena escala de 0-5v para medir el voltaje a través de un termistor (50k) en serie con un resistor de 10k, donde el termistor resistencia puede variar desde unos 7k de 160 kb.

Gracias!

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ianb Puntos 659

Es el tramado y posiblemente fue descubierto en la segunda guerra mundial - la historia es sobre el cálculo del rango máquinas utilizadas en los aviones bombarderos. Estaban llenos de engranajes, poleas y todo tipo de cosas mecánicas y apenas ha trabajado alguna vez con precisión sobre el terreno pero, en un avión bombardero las vibraciones eran suficientemente grandes para liberar la obstrucción fuera de los bits y mantenga los acoplamientos libre para moverse y fluido. De todos modos esa es la noticia que he escuchado!!

Si eres de muestreo significativamente mayor que lo que usted necesita y el ruido es predominantemente por encima de su ancho de banda deseado, pero por debajo de nyquist, a continuación, tienes una buena oportunidad de hacer mejoras. El promedio de proceso da más que la resolución de la señal y anula los efectos del ruido. También se puede inyectar ruido y lo más importante que usted puede inyectar una señal de prestación de no tener una relación armónica con su señal y la frecuencia de muestreo. Sólo necesita un par de LSBs en magnitud.

EDITAR - tramado también se utiliza cuando la grabación de CDs con el audio. La resolución de 16 bits no es al parecer lo suficientemente bueno para muy pequeñas señales (ya sabes, el real tranquilo bits en algunas piezas clásicas) y la usan para dar al oyente menos "grainyness". La música es por lo general en 24 bits de formato antes de ser degradado a Cd por lo que la resolución es de allí, para empezar y un poco de ruido de banda alrededor de la 20kHz marca hace el trabajo al parecer.

No sé por cuántos bits se puede aumentar la resolución matemáticamente, pero me interesaría ver las matemáticas. A partir de la experiencia, una vez me dieron 15 o 16 bits a partir de 12-bit ADC más de DC a 10Hz. El muestreo fue acerca de 60kHz y el ruido era sólo el ruido recogido en los dos cables de un medidor de tensión situado a varios metros de distancia. No hicimos especiales intento de mejorar este otro de una manera bastante ajustada de 10 hz filtro de paso bajo que creo que era de 4º orden. Sospecho que la mayoría del ruido de frecuencias de energía de CA que no es lo ideal para esta técnica.

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Brian Drummond Puntos 27798

El tramado es una forma, como en "rawb"'s respuesta. En el audio, la costumbre estándar aceptado para la llanura tramado fue un triangular PDF tramado con un pico-pico de la amplitud de 1 LSB, sumado a la alta resolución (por ejemplo, analog) de la señal antes de cuantificación (por ejemplo, el ADC). Lo mismo se aplica no sólo a los Adc, pero para cualquier otro proceso de truncamiento, como de un estudio de los equipos de abajo a 16 bits para la masterización de CD.

Este triangular PDF de la señal se genera fácilmente como la suma de dos uniforme PDF tramado de señales, cada una de 0.5 LSB pk-pk amplitud, de indepenent (o al menos no correlacionados) aleatorios o pseudoaleatorios generadores.

Un montón de trabajo fue hecho en esto, en la década de 1980, entre otros, por Decca en Londres que construyó su propio equipo de estudio, y que demostró que con TPDF tramado, señales (tonos puros) puede ser detectada alrededor de 20 db por debajo de la (banda ancha) piso de ruido, con no observables distorsión armónica (es decir, nada distinguible de ruido)


Otra forma es aplicable si el ancho de banda de interés es menor que el ancho de banda de Nyquist, como es generalmente el caso en sobremuestreo de los convertidores.

A continuación, puede mejorar de forma masiva en la llanura interpolado resultados. Este enfoque, la forma de ruido, en general, consiste en la incrustación de la interpolado quantiser en un circuito cerrado con un filtro en la retroalimentación de la ruta. Con un simple filtro, usted puede conseguir un poco más de resolución por la mitad de la frecuencia de Jon Watte dice en un comentario, pero con un filtro de tercer orden se puede hacer mucho mejor que este.

Considere la posibilidad de que un 256x sobremuestreo convertidor debe dar 8 bits de resolución adicional de acuerdo a la ecuación anterior, sin embargo de 1 bit convertidores operativo de esta manera dan rutinariamente 16 a 20 bits de resolución.

Usted termina para arriba con muy bajo nivel de ruido en el ancho de banda de interés (gracias a la alta ganancia de bucle en esas frecuencias), y muy altos de ruido de banda en algún otro lugar, fácil para filtrar en una etapa posterior (por ejemplo, en una aniquilación de filtro). El resultado exacto depende de la ganancia de bucle como una función de la frecuencia.

La tercera y más filtros de orden cada vez más difícil estabilizar el lazo, especialmente si se empieza a generar resultados incorrectos durante la sobrecarga (recorte o desbordamiento) condiciones. Si eres descuidado o mala suerte puede obtener del carril-a-carril de ruido...

Un montón de papeles a partir del año 1990 en adelante por Bob Adams de dBX, Malcolm Hawksford de Essex University y muchos otros sobre la forma de ruido convertidores, en la JAES (Revista de la Sociedad de Ingeniería de Audio) y en otros lugares.


Interesante nota histórica : cuando el CD fue el primero en ser estandarizado, el Philips de 14 bits, CD propuesta fue cabeza a cabeza con el de Sony de 16 bits LP-tamaño de disco. Se ve comprometida en el ligeramente más grande CD todavía tenemos hoy con 16 bits y, al parecer, en la Morita-san insistencia, suficiente tiempo de grabación de la Novena Sinfonía de Beethoven.

Que a la izquierda de Philips con un montón de muy buenos, pero ahora inútil 14-bit Dac...

Así Philips primer CD de los jugadores que llevó a estas DACs a 4x la velocidad de muestreo, con un simple filtro de forma de ruido (puede haber sido de 2º orden, pero probablemente de primer orden) y lograr el rendimiento más cerca de 16 bits que los contemporáneos de 16 bits Dac podría. Para 1983, ... Genio.

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user13107 Puntos 313

Si el ruido contenido de la señal, que tiene ciertas características (estacionario independiente, es decir, de gauss o de poisson distribuido) calcular el promedio se obtiene una reducción neta de ruido, que es \$ \dfrac{1}{\sqrt N}\$.

Tendría que ser claro en cuanto a lo que fue el el que predominan la fuente de ruido que usted piensa que usted reducida.

Si usted está tratando de aumentar la resolución, a continuación, el proceso se llama tramado, pero la magnitud y la naturaleza del ruido tendría que forma cuidadosamente. Esto podría ser utilizado para reducir la digitalización de residuos que es un artefacto del proceso.

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