Hi Leute, ich habe hier ein sehr kleines Piezo-Hydrophon mit sehr geringem Ausgangssignal von wenigen uV. Nach meiner Verstärkerkette habe ich im Band 0.1Hz -> 100kHz ein Gesamtrauschen von ca. 0.4Vrms simuliert. Die Betriebsspanung beträgt 3.3V. Das maximale Signal kann Vpp 3.3V besitzen bzw. 1.1Vrms (Vpp/(2*sqrt(2)) Das ergibt ein SNR von 20*log(1.1Vrms/0.4Vrms) = 8.78 dB (Faktor 3 ca.) Ich weiß, dass dies sehr gering ist. Aber mein Sensor hat eine extrem geringe Sensitivität (-220 db re V/uPa) und das Rauschen der Verstärker liegt im üblichen Bereich. Ich habe nun mehrere Fragen um dieses Signal im Bereich bis 100kHz mittels ADC aufzunehmen: 1) Sehe ich es richtig, dass ich das im Vergleich geringe Quantisierungsrauschen hier vernachlässigen kann? 2)Wie groß muss die Dämpfung für Frequenzen über der halben Abtastfrequenz fs sein? Wählt man fs bzw. dimensioniert den anti-aliasing Tiefpass so, dass bei Frequenzen > 0.5fs die Dämpfung min. 8.78dB beträgt? Das wäre für mich logisch, da dann die gespiegelten Aliasingfrequenzen im bereits vorhanden "Rauschen" untergehen. Oder liege ich falsch und wie muss man diese Sache betrachten? 3) Wenn zwischen Signal und Rauschen Faktor 3 liegt. Folgt dann daraus, dass ich theoretisch nur einen 2Bit-ADC benötige? Was wärend Gründe einen ADC mit mehr Auflösung zu vewenden, obwohl das Rauschen so groß ist. Würde mich freuen, wenn mir hier jemand auf die "Sprünge" helfen könnte :) VLG das Atom
Du hast ein REALES Mikrophon und einen REALEN Verstärker. Warum SIMULIERST du denn ein Gesamtrauschen von 0.4Vrms?
Naja der Verstärker ist nur auf dem Papier fertig. Bevor meine Frage bezüglich des Anti-Aliasing Filters geklärt nicht geklärt ist rechne/simuliere ich erstmal und stelle hier fragen :)
Mit "Rauschen simulieren" meine ich die Berechnung/Integration der Rauschleistungsdichten von aktiven und passen Bauelemente unter Berücksichtigung des Gains. Rechnung wurde mit Spice verifiziert, daher "simuliert".
Wie groß ist das maximale Signal das du mit dem Hydrophon aufnehmen willst und wie groß ist dann die Spannung am Hydrophon? Normalerweise wird dann die Verstärkung so gewählt das dabei der nachfolgende ADC gerade noch nicht übersteuert. Die Auflösung des ADC sollte dann wenn möglich so hoch sein das sein Rauschen etwas kleiner als das Rauschen am Ausgang des Verstärkers ist.
Hi, also es gilt: Kleinstes Sensorsignal (es besitzt leider eine sehr kleine Sensitivität), dass ich hören möchte: 6.6uVrms -> (*2*sqrt(2)) -> 0.019 mVpp Größtes Sensorsignal : 47uVrms -> (*2*sqrt(2)) -> 0.134 mVpp Für den Dynamikbereich folgt: DNR = 20log(47/6.6) = 17dB Bei 3.3V Betriebt folgt für die notwendige Verstärkung: Gain = 3.3Vpp / 0.134mVpp = 25000 = 10*50*50 Das Rauschen (aus Berechnungen&Spice) von 1Hz bis 100kHz beträgt: Vnoise_rms = 5uVrms*25000 = 0.1175Vnoise_rms (5uVrms = input referred Noise der 1. Stufe) SNR = 20log(Vrms_max/Vrms_noise)=20log((47uVrms*25k) / 0.1175) = 20dB (für das max Signal) SNR2 = 20log(Vrms_min/Vrms_noise)=20log((6.6uVrms*25k) / 0.1175) = 3dB (für das min Signal) Höchste interessierende Frequenz: 100kHz Meine Fragen: 1) Ich möchte einen Tiefpass 4. Ordnung mit Grenzfrequenz bei 100kHz benutzen, dieser "fällt ab" bei den beiden Gain 50 Verstärkungsstufen. Dieses Filter wird Signale ab fg mit 80db/dec dämpfen, daher wird die Dämpfung bei 275kHz 20dB betragen. Wenn ich nun 0.5fs = 275kHz als Samplerate verwende wird jeder aliasing Effekt so stark gedämpft, dass er im Noise-Floor "untergeht". Also sollte ich bei Verwendung eines Tiefpasses 4. Ordnung eine Samplerate von 550kHz vewernden. Ist das so richtig? 2) SNR beträgt nur 20dB. Folgt daher, dass ich nur einen 4Bit ADC benötige? Ich sehe nicht den Nutzen von mehr Bits wenn das Rauschen derartig groß ist. Oder noch schlimmer, benötige ich nur einen 2Bit ADC wenn ich SNR2 betrachte? 3) Sehe ich es richtig, dass ich das Quantisierung Rauschen des ADC vernachlässigen kann wenn mein Systemrauschen schon so groß ist und sich Rauschen über eine "root-squared" Addition addiert?
> Größtes Sensorsignal : > 47uVrms -> (*2*sqrt(2)) -> 0.134 mVpp Wie hast du die 47µV berechnet? Das kommt mir sehr klein vor. Bist du sicher das kein größerer Schalldruck auftreten kann? Der Faktor 2*sqrt(2) gilt nur für sinusförmige Signale. > Das Rauschen (aus Berechnungen&Spice) von 1Hz bis 100kHz beträgt: > Vnoise_rms = 5uVrms*25000 = 0.1175Vnoise_rms > (5uVrms = input referred Noise der 1. Stufe) Es ist noch relativ leicht möglich 500nVrms am Eingang der ersten Stufe zu erreichen. Die Verstärkung braucht nicht 25000 betragen. Es bringt nichts wenn das Ausgangsrauschen des Verstärkers wesentlich größer als das Rauschen des ADC wird. Du verlierst dabei nur Dynamik. > Also sollte ich bei Verwendung eines Tiefpasses 4. Ordnung > eine Samplerate von 550kHz verwenden. Ich denke das ist ok. > SNR beträgt nur 20dB. Folgt daher, dass ich nur einen 4Bit ADC benötige? Für den ADC würde ich immer mindestens 8Bit nehmen und dafür ich nicht so stark verstärken.
Beim Rauschen sollte man aber noch mal nachrechnen bzw. im Datenblatt nachsehen. Kapazitive Sensoren haben oft ein 1/f Rauschen, genau wie die dazu passenden Verstärker mit FET Eingang. Als mindeste würde ich die Frequenzbereiche bis etwa 10 kHz und darüber getrennt betrachten. Wenn das Rauschen im wesentlichen im NF Bereich ist, braucht man dann ggf. doch mehr Auflösung und hat nach einem digitalem Filter, der den NF Bereich rausschmeißt auch mehr als 20 dB SNR.
Das Atom :) schrieb: > Für den Dynamikbereich folgt: > DNR = 20log(47/6.6) = 17dB Aber nur, wenn du das 6.6µV-Signal mit 0dB Rauschabstand "auflösen" möchtest
Die 47uV berechnen sich aus einer minimalen "Lautstärke" von 121.5 dB re 1uPa und einer Sensitivität des Hydrophons von -208 db re 1V/uPa. Mich würde am meisten interessieren wie es sich mit den ADC Bits verhält. Wenn ich 20dB bzw. 3dB Signal Rauschabstand hab. Ist die Überlegung mit 4Bit bzw. 2 Bit falsch? Danke!
Ist schon so mit dem ADC. Bei 20dB Dynamikbereich, also 10^(20/20) = 10 brauchst du nur einen 4 Bit ADC. Das ist dann aber kein Messen mehr, sondern eher Schätzen.
Die geringe Auflösung für den AD Wandler setzt aber vorraus, dass man weißes Rauschen hat. Schon allein der Störuntergrund in den meisten Gewässern ist keine weißes rauschen. Auch sollte das Rauschen durch den AD Wandler schon deutlich kleiner sein, damit man es wirklich vernachlässigen kann. Bei einem 4 Bit AD hätte man schon noch einen merkliche Anteil, auch wenn das Raschen des ADs schon etwas kleiner ist als das vom Signal. Da hier ein 4 Bit AD keinen deutlichen Preisvorteil hat, kann man auch ruhig 8 Bit nehmen und sich über zusätzliche Dynamik freuen.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.