Spectrum Instrumentation이 고해상도 59xx 시리즈 디지타이저에서 온보드 합산 평균화를 수행할 수 있도록 하는 새로운 펌웨어 옵션을 출시했다. 평균화는 원치 않는 신호 잡음을 줄이는 동시에 측정 분해능, 다이내믹 레인지 및 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시키는 데 유용한 기술이다.
이 디지타이저는 온보드 FPGA에서 평균화를 직접 수행하므로 분석을 위해 저장하거나 전송해야 하는 데이터의 양을 크게 줄여준다. 이를 통해 초당 최대 200만 이벤트에 이르는 높은 반복률의 신호도 평균화할 수 있다.
그림 1: 온보드 평균화 기능은 PCIe 및 Ethernet(LXI) 폼팩터로 제공되는 59xx 시리즈의 52개 전체 디지타이저 모델에서 사용할 수 있다.
59xx 시리즈의 새로운 옵션은 원치 않는 잡음으로 인해 가려지거나 왜곡될 수 있는 신호를 분석해야 하는 사용자에게 탁월한 파형 평균화 기능을 제공한다. FPGA 기반 처리를 통해 획득당 최대 64 KiSamples를 포함하는 파형도 초고속으로 평균화할 수 있다.
이로 인해 이 기기는 저레벨 신호나 펄스를 다루거나 높은 잡음 수준으로 인해 신호 세부 정보가 손실되는 환경에서 특히 유용하다. 응용 분야는 질량분석법, 라이다, 전파천문학, 자동화, 레이더, 생의학, 핵물리학, 통신, 소나 등이다.
59xx 시리즈 디지타이저 제품군에는 24종의 PCIe 카드 모델과 28종의 Ethernet 기반 계측기가 포함된다. 이 제품은 5 MS/s부터 125 MS/s까지의 최대 실시간 샘플링 속도와 16비트 분해능을 제공한다. 입력 채널은 PCIe 카드당 1~8개, 독립형 계측기당 4~48개 중에서 선택할 수 있다.
이 회사의 독자적인 Star-Hub 시스템을 사용해 PCIe 카드를 연결하면 최대 128개의 채널을 완전히 동기화한 데이터 수집 시스템을 구성할 수 있다. PCIe 카드는 버스를 통해 획득한 데이터를 PC 또는 GPU로 최대 700 MB/s의 속도로 스트리밍해준다.
합산 평균화 소개
합산 평균화는 시간 영역에서 신호의 무작위(비상관) 잡음 성분을 줄이고 신호 대 잡음비(SNR)를 개선하는 처리 기법이다. 동시에 디지타이저의 측정 분해능과 다이내믹 레인지도 향상시킨다. 그림 2는 합산 평균화를 통해 과도한 잡음에 가려져 보이지 않던 신호 세부 정보를 어떻게 드러낼 수 있는지 보여준다.
그림 2: 파형을 최대 64회 평균화하면 잡음 속에서 저레벨 펄스를 추출할 수 있다.
이 예에서는 125 MS/s로 샘플링하는 M2p.5962 디지타이저를 사용해 약 300 µV의 저레벨 신호를 획득한다. 무작위 잡음으로 인해 신호가 완전히 묻혀 있다(위쪽 파형). 8회 평균화한 결과(가운데 파형)에서는 단일 획득으로는 보이지 않던 세부 정보가 드러나며, 여기에는 3.6 µs 간격으로 발생하는 세 개의 펄스가 포함된다. 64회 평균화한 결과(아래쪽 파형)는 신호 품질을 더욱 개선해 약 300 µV의 진폭을 가진 펄스와 그 뒤에 이어지는 더 작은 펄스들을 보여준다.
이상적으로 잡음이 무작위이고 신호가 반복적이라면, 합산 평균화 기능은 측정 횟수(또는 평균 횟수)의 제곱근에 비례해 SNR을 개선할 수 있다. 예를 들어 신호를 64회 평균화하면 SNR을 최대 12 dB 개선하거나 측정 분해능을 약 2비트 높이는 게 가능하다. 따라서 합산 평균화는 59xx 시리즈 디지타이저의 16비트 분해능을 개선하고 확장하는 데 유용한 도구다.
M2p.xxxx-spavg라는 이름의 이 옵션은 59xx 시리즈 신제품으로 전 세계에 판매된다. 이 제품들은 기존 장비에도 현장 업그레이드 방식으로 설치할 수 있다.
