Ruido de la señal externa frente a la resolución del ADC

Una de las respuestas en esta pregunta dice: "Tener un ADC que tenga una mejor resolución que el ruido de la señal externa es una pérdida de dinero".

Quiero ilustrar y entender lo que se quiere decir aquí. Entonces, para mayor claridad, traté de preguntar usando las siguientes cifras:

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Arriba, en la figura 1, ruido aleatorio en color rojo impuesto a una señal de entrada constante donde el pico a pico es de 1 mV, como se muestra en la figura. Y en la figura 1, el ADC tiene una resolución de 1 mV. Sin embargo, en la figura 2, la misma entrada ahora va a un ADC que tiene una resolución de 0,3 mV.

¿Eso significa que para esta entrada cualquier ADC con resolución Δ<1mV es redundante? ¿Cuál podría ser la resolución mínima adecuada?

Imagine que el ruido aleatorio superpuesto de pico a pico de 1 mV es siempre el caso. Y la señal proviene de cualquier fuente de voltaje con una sensibilidad de 0,5 mV. Así que hay dos cosas aquí. Una es la sensibilidad de la fuente como la sensibilidad del transductor de fuerza y ​​la otra es el ruido aleatorio que mostré en rojo.

Teniendo en cuenta todo esto, no puedo razonar qué limita qué junto con la resolución ADC.

Creo que estás usando el término "rango dinámico" incorrectamente. La cita original y su figura hablan de resolución .
Sí, lo siento, lo cambiaré ahora.
@panicattack Es común usar ADC con una precisión de aproximadamente 2-3 bits en el ruido blanco , cuando existe la intención de promediar para aumentar la resolución efectiva en la señal. Hay muchos libros blancos sobre el tema.
R: Esto se vuelve muy complicado muy rápido. B: esa fue una respuesta de cuatro; una de las otras respuestas decía usar una resolución 1/10 del tamaño de su ruido. Esto no está tan lejos de la práctica moderna para los ADC SAR, que generalmente tienen un ruido interno con una desviación de cuatro cuentas. Obtenga un ADC con un ruido interno que sea aproximadamente 4 veces menor que el ruido externo, y la resolución probablemente se solucionará sola.
¿Cómo afecta directamente la señal de entrada SNR a la resolución del ADC?
Tal vez esta es una pregunta para el intercambio de procesamiento de señales.
El tipo de "ruido" que se agrega cuando usa un ADC de resolución insuficiente se conoce como "ruido de cuantificación" y es un tipo de ruido particularmente feo. No se parece en nada a gaussiano, a menudo está sesgado, no suele mejorar con el promedio y puede causar fácilmente problemas de estabilidad si se usa en control de bucle cerrado.

Respuestas (1)

No debe creer todas las respuestas que ve a las preguntas, aunque a menudo vale la pena pensar en ellas.

Pregunta: ¿Debe un ADC tener una mejor resolución que el ruido de la señal de entrada?

Respuesta - Sí, pero la respuesta se complica por el tipo de ruido y el ancho de banda de la señal y el ruido. También deja abierta la pregunta de cuánto mejor.

Supongamos un ruido como el ruido bien definido que dibujó en lugar de un ruido aleatorio, no hará mucha diferencia al agitar con la mano, pero es importante cuando se llega a los cálculos detallados.

Probablemente sea mejor hacer la pregunta de una manera ligeramente diferente, "¿cuándo debo dejar de esforzarme por aumentar la resolución del ADC?"

Obviamente, si la resolución del ADC es de 10 mV, con 1 mV de ruido en la señal, agregar un bit adicional al ADC siempre producirá esencialmente un bit adicional de precisión de respuesta. El ADC es el factor limitante, no el ruido de entrada. Podemos tomar una sola lectura, o tomar muchas y promediarlas, esa conclusión no cambia.

Si la resolución del ADC es de 1 mV y el ruido es de 10 mV, agregar un bit adicional al ADC nunca mejorará significativamente la precisión de la respuesta. El ruido es el factor limitante. Si tomamos una sola lectura, entonces la incertidumbre está limitada por el ruido. Si tomamos varias lecturas y promediamos, entonces el ADC ya tiene suficiente resolución para reducir el ruido.

Si la resolución del ADC y el ruido son comparables, al tomar una sola lectura, no podemos mejorar la confiabilidad de la respuesta (la probabilidad de que se encuentre dentro de los límites de nuestra especificación publicada para el equipo) aumentando la resolución del ADC. . En esta circunstancia, un poco más de resolución ADC puede no valer la pena.

Sin embargo, si tomamos varias lecturas y promediamos, entonces realmente necesitamos más muestras del ruido para que el proceso funcione bien (de manera confiable). Realmente necesitamos resolver el ruido en 4 o 5 niveles, con una señal de entrada constante, para obtener el mayor beneficio al promediarlo. Diez niveles sería un poco mejor, pero no un factor de dos mejor.

Ruido de la señal externa frente a la resolución del ADC
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