Los digitalizadores que baten récords ahora ofrecen promedios avanzados basados ​​en FPGA


Potente herramienta para reducir el ruido de la señal y mejorar la resolución y la dinámica.

Spectrum Instrumentation ha desarrollado una nueva opción de firmware que permite que las tarjetas digitalizadoras M5i de alta velocidad de la empresa (Figura 1) realicen un promedio de suma integrado. El promedio es una herramienta útil para reducir el ruido de la señal no deseado mientras mejora la resolución de la medición, el rango dinámico y la relación señal-ruido (SNR). La nueva opción permite que los digitalizadores M5i realicen la función de promediar mediante el uso de tecnología FPGA (Field Programmable Gate Array) integrada avanzada. Esto crea una oferta única. Los digitalizadores de la serie M5i ofrecen muestreo en tiempo real a velocidades de hasta 6,4 GS/s con una resolución de 12 bits y pueden transmitir todos los datos capturados directamente a través del bus PCIe a una velocidad récord de 12,8 GB/s. Este excelente rendimiento se mejora aún más con la nueva opción de firmware, que permite promediar las señales adquiridas a una velocidad asombrosa de 15 millones de eventos por segundo..

"Esta nueva opción para la serie M5i representa uno de los sistemas de cálculo de promedios más poderosos disponibles en la actualidad", dijo Oliver Rovini, director de tecnología de Spectrum. “El procesamiento basado en FPGA permite un promedio ultrarrápido, incluso con formas de onda largas y complejas. De hecho, hay suficiente potencia de procesamiento disponible para promediar formas de onda que contienen hasta 1 MSample por adquisición. El resultado es un paquete de promediación que será de interés para cualquier persona que trabaje con señales de alta frecuencia, pulsos muy estrechos y de bajo nivel, o donde el detalle de la señal se pierda debido al ruido excesivo. Esto incluye aplicaciones como espectrometría de masas, lidar, radioastronomía, automatización, radar, biomedicina, física nuclear, comunicaciones, sonar y muchas más”.

Acerca del promedio acumulativo

El promedio de suma es una técnica de procesamiento común basada en el dominio del tiempo que se utiliza para reducir el componente de ruido aleatorio (no correlacionado) de una señal, mejorando la relación señal-ruido (SNR) al tiempo que aumenta la resolución de medición y el rango dinámico de un digitalizador. La Figura 2 muestra un ejemplo de cómo se puede usar el promedio para revelar detalles de la señal que, de otro modo, quedarían oscurecidos por el ruido excesivo.

En este ejemplo, una señal de bajo nivel (alrededor de 3 mV) está completamente oscurecida por ruido aleatorio (traza superior). Si bien la señal de origen ni siquiera es visible en la grabación de un solo disparo original, un promedio de 10x muestra que una señal de 5 picos está realmente presente (trazo medio). Promediar 1000 veces mejora aún más la calidad de la señal, revelando la verdadera forma de la señal, completa con picos máximos y mínimos secundarios (curva inferior).

Si la señal y el ruido no están correlacionados, es decir, el ruido es aleatorio a medida que la señal se repite, entonces la función de promedio de la suma puede mejorar idealmente la SNR proporcional a la raíz cuadrada del número de mediciones (o promedios). Por ejemplo, promediar una señal 256 veces puede mejorar la SNR hasta en 24 dB o aumentar la resolución de la medición en aproximadamente 4 bits. Por lo tanto, esta técnica se puede utilizar para mejorar y ampliar la resolución de 12 bits de los digitalizadores de la serie M5i.

Promedio definido por umbral incorporado (TDA)

Para mejorar aún más el promedio y permitir que los digitalizadores de la serie M5i detecten y promedien eventos raros que de otro modo podrían perderse en un ruido de fondo excesivo, la nueva opción de firmware incluye una técnica de supresión de datos llamada Promedio definido por umbral (TDA). TDA permite al usuario establecer un nivel de umbral para que solo las muestras de forma de onda que excedan el nivel contribuyan a la forma de onda acumulada. Las muestras de ruido de referencia, es decir, aquellas que caen por debajo del nivel establecido, se suprimen al establecerlas en cero o, alternativamente, en un valor definido por el usuario. La Figura 3 muestra un diagrama de bloques de la funcionalidad FPGA y la Figura 4 muestra un esquema del proceso TDA.

Debido a que todos los datos de forma de onda por debajo del umbral se eliminan de la forma de onda promediada, TDA puede ser una herramienta muy útil para detectar ruido correlacionado (sincrónico) de bajo nivel y otros artefactos de forma de onda, como p. B. desviación de la línea de base para suprimir. Estas son anomalías de la señal que no se pueden eliminar mediante una técnica convencional de promedio de suma.

La opción de promedio (M5i.33xx-spavg) ahora está disponible para los digitalizadores de alta velocidad PCIe de la serie M5i.33xx.




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