SFDR 引數分析

2021-10-12 01:53:56 字數 2144 閱讀 5277

sfdr是訊號系統處理中常用的一項引數,對於評估系統的雜訊水平和adc/dac的效能有一定參考意義。

sfdr,英文全稱是 spurious-free dynamic range,意為無雜散動態範圍。sfdr是指基波強度與最大雜波或諧波的強度之比,所以sfdr值越大則說明系統的雜訊水平越低,靈敏度越高。

下面我們用乙個示例看下不同量化位數對sfdr的影響。

matlab**:

close all;clear all;clc;

%%n = 1000; %總取樣數1000

t = -pi : 2*pi/n : pi; %乙個完整週期

x1 = 7*sin(2*t); %幅值7,圓頻率2

% 進行定點量化

qpath = quantizer('fixed','round','saturate',[5,0]);

fix_x1 = quantize(qpath,x1);

figure;

subplot(221)

stairs(x1);title('浮點精度(double)訊號');

subplot(222)

stairs(fix_x1);title('定點精度(fix5-0)訊號');

%%% 進行dft變換,求模

x1 = abs(fft(x1));

x1 = fftshift(x1);

subplot(223)

semilogy(x1);grid on;title('浮點dft變換結果');

x11 = abs(fft(fix_x1));

x11 = fftshift(x11);

subplot(224)

semilogy(x11);grid on;title('定點dft變換結果');

這是執行後的結果,對比之後可以看到,double型別的正弦訊號底噪極小,而經過量化之後的訊號,底噪十分明顯。

下面計算一下浮點訊號的sfdr,在matlab中,sfdr的基本過程為加窗dft變換,選取雜波或諧波最大值求出比率,結果單位為db。在頻率軸經過歸一化,取樣率1hz。

圖中黑色部分為dc訊號,藍色部分是基波訊號,紅色部分是雜波訊號。灰色區域是sfdr計算範圍。

基頻訊號的峰值是12.73db,雜波的最大值是-291.4db,二者比率為304.13db,即是sfdr的值。

再來計算一下經過定點量化訊號的sfdr值。

基頻訊號的峰值是12.78db,與浮點結果基本一致,雜波的最大值是-19.53db,二者比率為32.31db,遠小於浮點訊號的sfdr值。

實際上,訊號量化位數越多,訊號底噪越乾淨,sfdr值也越大。

這是進行fix_10_5量化的結果,保留5bit小數,可以看到時間曲線已經沒有明顯鋸齒,非常光滑。

sfdr為63.94db,大於fix_10_5的28.69db,小於浮點數的304.14db

關於定點化

定點化按四捨五入進行取捨,當量化位數不夠時,進行飽和處理。

定點格式[fix_w_b]表示,這是乙個有符號數,總位寬w,小數字寬b。它能表示的範圍為:[ -2w-b-1  + 1/2b  ,  +2w-b-1 - 1/2b  ],解析度為1/2b.

舉例來講[fix_5_0]能表示的範圍在[-2^(5-0-1)+1,+2^(5-0-1)-1]之間,即[-15 ,+15]之間,解析度1。

關於點數/取樣頻率的影響

點數越多,取樣率越高則sfdr的值也越大

這是n=10000點的結果,比n=1000點時提高了5.37db

關於雜訊**分析

從時域訊號來看,相當於乙個純正弦訊號乘以乙個週期方波訊號,在頻域就是進行週期卷積。而方波包含有多次諧波,基本之後的都可以視為雜訊。這些雜訊,最後都通過adc的量化過程表現出來。

SFDR 引數分析

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