Звуковая карта

[Егм]

В виду бешеных цен на измериловку , доступными остаются только ЗК и пакозометры на их базе .
Предлагаю разобраться что они в самом деле мерят и как этим пользоваться .

[Егм]

Первый вопрос : Как мерят -160 дБ если ДД ЗК всего 130-140 дБ ?

[sgk]

Как мерят -160 дБ если ДД ЗК всего 130-140 дБ ?

Для измерения спектров сигналов, АЧХ, фазовых и амплитудных шумов применяю звуковую карту E-MU 1212m PCI V2. На упаковочной коробке написаны параметры фирмы изготовителя. В частности соотношение сигнал - шум в полосе 20 Гц - 20 кГц = 120 дБ, метод А.
Профессиональные измерительные приборы как правило приводят значение фазовых или амплитудных шумов  к полосе 1 Гц. Пересчитаем полосу  шумов 20 кГц  приведённую в спецификации звуковой карты к полосе 1 Гц. Считаем = 10*LOG((20000 -20)/1) = 43 дБ + 120 дБ = 163 дБ. Метод А это уменьшение уровней НЧ и ВЧ составляющих по стандарту  МЭК. Во всей полосе и равномерной АЧХ шумы будут на 3 дБ выше.  Иными словами, технически исправная карта при подаче на вход идеального сигнала уровнем 0 дБ должна показать шумы на -160 дБ ниже чем сигнал.

[Егм]

как правило приводят значение фазовых или амплитудных шумов  к полосе 1 Гц.

Тут начинаются математические фокусы непонятные мне .
Физически один разряд 24 битного АЦП равен 1.192*10^-7 вольт  при 0дБ=2 В.
То есть меньше   1.192*10^-7 В карта не в состоянии измерить .
- 166 дБ это 2*10^-8 на порядок меньше того что можем померить .
? ? ?

Теперь про частотное разрешение :
Что бы получить 1 Гц разрешения при частоте дискретизации 96 кГц нужен массив размером не метении 96 кБайт
Который будем заполнять 1 сек . Прямоугольное окно имеет уровень боковых лепестков 13 дБ .
то есть всё что ниже 13 дБ мы не видим .
Для ЗК 24 бита боковые лепестки нужно давить на 144 дБ . Известные мне оконные функции при таком подавлении
имеют ширину главного лепестка минимум 18 бин . для получения разрешения 1 Гц нужно массив увеличить в 18 раз .
 Только на заполнение массива уйдет более 18 сек. Да  еще расчет ДПФ прорисовка картинок на один замер
минуты уйдут .
 Спектра рисует гораздо быстрее , значит где то схитрили . Вместо честного расчета - интерполяция (выдумывание
результатов)
Или в формулу "Считаем = 10*LOG((20000 -20)/1) = 43 дБ + 120 дБ = 163 дБ" мы подставляем не те цифирьки . 

[sgk]

Тут начинаются математические фокусы непонятные мне .
Физически один разряд 24 битного АЦП равен 1.192*10^-7 вольт  при 0дБ=2 В.

Программа анализатора спектра не "считает" по одному единственному измерению. У АЦП в звуковой карте формально 24 разряда. Когда измерял ENOB, то реальное кол-во значащих битов было 20,8. То есть фактически 21 разряд, остальные "шумят". Но в программе Шмелёва выборка из 128 тыс. значений при полосе 0,73 Гц распараллеливается и постоянно дополняется новыми значениями. В результате шумы усредняются (уровни на панораме уменьшаются) а сигналы остаются на прежнем уровне. Более понятно может объяснить специалист хорошо знающий математику, например Игорь 2.
Как практик многократно проверял "правильность" измерения уровней сигналов. Эти измерения может повторить каждый желающий любитель. Собираем два кварцевых генератора на частоты 10 кГц и 9,6 кГц. Можно другие частоты, такие кварцы в наличии. Один из сигналов подаём без ослабления, другой сигнал ослабляем, в данном случае ослабление на -160 дБ по отношению к сигналу частоте 10 кГц. Включает - отключаем "слабый" сигнал, смотрим спектры.

[ra0ahc]

Круто.

[Егм]

Программа анализатора спектра не "считает" по одному единственному измерению. . . .

Это у меня как раз и не получалось .Слабый сигнал терялся .
Что то не правильно делаю. Или Шмелёв какую то хитрость придумал .
Попробую найти описалово может разберусь как он считает.

[sgk]

Попробую найти описалово может разберусь как он считает.

Подробное описание в журналах Радио 3-9 за 2007 год. Файл помощи из программы прикрепил к сообщению.

[Егм]

Спасибо !

[Егм]

Кажется понял как это работает.
Шум (чутьё):
Достигается хитрым алгоритмом усреднения . Допустим имеем десять замеров 9 из которых равны 0 , последний десятый  равен 1.
Простым последовательным усреднением получаем среднее 0.5 . Усреднением по 10 - среднее 0.1 ((0+0+ 0+0+0+0+
0+0+0+1)/10=0.1) .В принципе можно получить чутьё стремящееся к 0 . ограничение только погрешностью
вычислений.
Классическая формула привидения шума здесь ни причем. Вероятно из за этого не получается достоверно мерить шум . Погрешность вычислений и цифровой шум у ПК индивидуален .

Частотное разрешение :
Используется кольцевой массив длина которого бесконечность -разрешение стремится к 0 .
Скорость - за счет коротких БПФ с перекрытием по времени.

Надеюсь правильно понял как   OscilloMeter работает.

Сергей ещё раз спасибо за подсказки !

[Игорь 2]

Шум (чутьё):
Достигается хитрым алгоритмом усреднения .

Да нет там ничего хитрого. Чем больше время интеграции, тем более глубоко влезаем в динамический диапазон...
По идее, двукратное увеличение времени должно приводить к 3 дБ выигрышу. 

[sgk]

По теме измерения фазовых шумов. Может кому будет интересно, книга Рубиолы о ФШ цифровых устройств
http://rubiola.org/pdf-slides/2016T-EFTF--Noise-in-digital-electronics.pdf

[sgk]

Предлагаю разобраться что они в самом деле мерят и как этим пользоваться .

Продолжим, рассмотрим на конкретных примерах. Для измерений сигналов частотах радиолюбительских диапазонов 1-30 МГц необходим смеситель.
На схемах пояснение.  Сигнал исследуемого генератора подаётся на вход смесителя с парафазным выходом. Пусть входное напряжение 1 Вэфф частота  5,048 МГц, частота гетеродина 5 МГц. На каждом из выходов смесителя будет напряжение разностной частоты 48 кГц ослабленное на 6 дБ (0,5 Вэфф) по отношению к общему проводу и в противофазе по отношению друг к другу.  Вход карты 1212m парафазный и между входами карты "-" и "+" будет действовать напряжение 1 Вэфф то есть равное по уровню входному ВЧ напряжению. Схемы на рисунках.

[Егм]

В предложенной схеме не устраивает необходимость диф входа ЗК . В большинстве бюджетных его нет .
Может использовать смеситель от монстра , по ДД должен подойти ?

[Игорь 2]

Сигнал исследуемого генератора подаётся на вход смесителя с парафазным выходом. Пусть входное напряжение 1 Вэфф частота  5,048 МГц, частота гетеродина 5 МГц. На каждом из выходов смесителя будет напряжение разностной частоты 48 кГц ослабленное на 6 дБ (0,5 Вэфф) по отношению к общему проводу и в противофазе по отношению друг к другу.

Да нет, про 6 дБ Вы явно погорячились. У однотактника коэффициент передачи разностной частоты по напряжению 1/пи (если интересно, это доказывается в одну строку ), что вовсе не 6 дБ, а 9.943 дБ, стало быть, коэффициент передачи по парафазному выходу в идеале -9.943+6=-3.943 дБ, как и у обычного двухтактника, чем и является Ваша схема - никаких чудес здесь нет, и быть не может...