信号处理基础

DC and AC

电子学中,mean通常被称为DC(direct current),AC(alternating current)通常指信号围绕mean的波动。

SNR and CV

SNR(signal to noise ratio),即mean与standard deviation的比值。
CV(coefficient of variation),即standard deviation与mean的比值乘以100%。
好的数据应该有高的SNR或低的CV。

Digital Noise Generation

digital signal processing的一个常用用途就是生成各种类型的随机噪声信号。

Accuracy and Precision

accuracy是整体的估计均值与真实值的相近程度。precision是抽样样本间的分布广度。
good accuray及poor precision意味着样本虽然以真实值为中心,两侧却分布较广,因此样本的总体估计值虽佳但单个读值却很难反应真实情况。这种情况被称为poor repeatability,也就是说样本分布较广,因此重复度相应较低。poor precision通常源于random errors,即每次取样的误差值都在不断变化,因此取多次的平均值通常可以有所改善。通常用precision指标作为random noice的评价。
poor accuracy及good precision意味着样本分布虽较为集中,但集中的位置却与真实值有所偏差。因此样本读值随都非常相近,却都有着显著的误差。poor accuracy源于systematic errors。这样的error会在采样中重复且稳定的出现,通常取决于calibration。多次取样均值并无法改善accuracy。因此accuracy指标最为calibration的评价。

离散化 Quantization

以电流为例,analog-to-digital过程包含两个部分,分别为sample-and-hold(S/H)和analog-to-digital converter(ADC). S/H部分负责将进入ADC部分的电流电压保持在一个稳定值以供取样,ADC负责将这股稳定的电流的电压进行离散化。quantization就是将连续变量离散化的过程。经过S/H稳定后的电流电压的返回值仍会是一个浮点值,离散化需要需要明确浮点值对应的离散点取值范围,否则将产生无数的离散点,那么离散化便失去了意义。通常我们会提前设定离散化的计数长度,如8-bit相当于256个离散点(0-255),12-bit相当于4096个离散点(0-4095)。因此离散化还需要将浮点值转化为离其最近的离散点。
LSB(least significant bit)就是相邻离散点间的距离,则浮点值距其最近的离散点的最大距离不会超过 ± 1 2 \pm{\tfrac{1}{2}} LSB,因此离散化的过程可以认为是对S/H稳定后的电压加入了一个介于 1 2 -\tfrac{1}{2} LSB与 + 1 2 +\tfrac{1}{2} LSB之间的均匀分布的随机变量或noise,其均值为0,方差为 1 12 \tfrac{1}{\sqrt{12}} LSB,约0.29LSB。因此我们可以获得离散化后的随机变量的分布,只需在原分布基础上加入新的均匀分布即可,新的分布均值不变,方差相应增加,而离散点间距越小(即离散化bit位数越多),则新增方差便越小。

抖动 Dithering

抖动是用于提升较为稳定、变化小或慢的信号的digitization效果时的常用技术。

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