ЖУРНАЛ «СТА» 1/2016

Если за основу классификации шума взять частоту, то шум, который равно- мерно распределяется по всем часто- там, называется белым. Шум, который распределяется таким образом, что ве- личина мощности шума на октаву яв- ляется постоянной, называется розо- вым. Существует и много других разно- видностей шумов. Шум также характеризуется и гисто- граммой его распределения. Шум с нормальным распределением называет- ся Гауссовым шумом. Существует мно- жество источников Гауссовых шумов. Шум создается и в процессе квантова- ния, как результат ошибки преобразо- вания аналоговых напряжений в циф- ровые значения. Простейшие методы квантования производят равномерное распределение ошибки, являющееся белым шумом. Шум возникает во всех электронных устройствах, и конструкторы делают всё возможное, чтобы уменьшить уровень шума, добавляемого к входному сигна- лу. Этап усиления сигнала в дигитайзе- ре особенно способствует генерации шума и увеличению его уровня. Иска- жения и шумы ограничивают разреше- ние, которое, в принципе, может быть достигнуто дигитайзером. Шум, добав- ляя случайную составляющую каждому опрошенному значению, ограничивает возможности цифровых преобразовате- лей по распознаванию малых значений амплитуды. Это показано на рис. 6, где сравниваются частотные диаграммы одного и того же затухающего сигнала синусоидальной формы, как и на рис. 5, с шумом по амплитуде и без него. Аналогично частотной диаграмме, с добавлением и без добавления белого шума, на рис. 7 показана спектральная диаграмма затухающего синусоидаль- ного сигнала. Обратите внимание, что наличие спектрально «плоского» шума поднимает базовую линию спектра сиг- нала. Любые сигналы с амплитудой ни- же шумового порога будут скрыты, су- щественно ограничивая динамический диапазон дигитайзера. На рис. 8 показано влияние гармони- ческих искажений на входной сигнал. В этом примере относительно большая третья гармоника (20%) изменяет фор- му оцифрованного сигнала. Как упоми- налось ранее, искажения синхронно с источником сигнала добавляются в по- вторяющейся манере. Обычно гармо- нические искажения имеют гораздо бо- лее низкие уровни и не видны на временноˆй диаграмме. Гармоники, как правило, выявляются на частотной диа- грамме с помощью спектрального ана- лиза на основе быстрого преобразова- ния Фурье (БПФ). На рис. 9 изображе- на частотная диаграмма, на которой вы можете чётко увидеть третью гармони- ку. Наличие гармонических и других ис- кажений может скрыть более мелкие спектральные отклонения, ограничи- вающие динамический диапазон диги- тайзера. Одним из показателей спек- тральной чистоты выхода дигитайзера 32 СТА 1/2016 ОБ ЗОР / АППА РАТ НЫЕ С Р Е ДС Т В А www.cta.ru Рис. 6. Идеальная частотная диаграмма затухающего сигнала синусоидальной формы и тот же сигнал с примесью шумов Рис. 7. Добавление белого Гауссового шума смещает базовую кривую пропорционально амплитуде шума Рис. 8. Влияние гармонических искажений на оцифровываемый сигнал Время, с Амплитуда, В Идеальный сигнал Шумовые эффекты Сигнал + шум 0 –0,00005 –0,0001 –0,00015 –0,0002 –0,00025 –0,0003 0,00005 0,0001 0,00015 0,0002 4,72e–08 5,22e–08 5,72e–08 6,22e–08 6,72e–08 7,22e–08 7,72e–08 8,22e–08 8,72e–08 9,22e–08 Частота, Гц Амплитуда спектра, дБ Идеальный сигнал Эффект шума на спектральной диаграмме Сигнал + шум –120 –100 –60 –40 –20 0 –80 500000000 1e+09 0 1,5e+09 2e+09 2,5e+09 3e+09 Время, с Амплитуда, В Идеальный сигнал Эффекты искажений Гармонические искажения –0,005 –0,003 –0,001 0,001 0,003 0,005 0,007 0,009 1,50e–08 2,00e–08 1,00e–08 2,50e–08 3,00e–08 3,50e–08