模擬採樣質量:精確度、靈敏度、精密度和噪聲
2020-11-26 電子產品世界了解靈敏度、精確度、精密度和噪聲，以便理解和改進測量樣本的質量。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201808/385958.htm1. 測量靈敏度
當談及採樣質量時，我們希望評估測量的精確度和精密度。 然而，我們首先要了解示波器的靈敏度，這一點非常重要。 靈敏度是指可以讓測量儀器做出響應的輸入信號的最小變化量。 也就是說，如果輸入信號有一定量的變化-在某一靈敏度上-示波器上的數據也會發生變化。
請不要混淆了靈敏度、解析度及碼寬這三個不同的概念。 解析度決定了碼寬，它是指儀器可以顯示的值之間的最小差值。 而靈敏度定義的是使儀器顯示的測量值發生變化的最小電壓變化量。 比如，量程為10V的儀器可探測到的信號解析度為1mv，但是它可以探測到的最小電壓可能是15mv。 在這種情況下，儀器的解析度為1 mV而靈敏度為15 mV。
在有些情況下，靈敏度比碼寬大。 起初這看起來似乎有違常理——這意味著電壓的變化值可以顯示出來但是不能被識別嗎? 是的! 為了理解它所帶來的好處，我們想一想恆定直流電壓。 如果電壓一直保持恆定沒有偏差固然會很好，但是信號通常會有輕微的變化，如圖1所示。在圖中，靈敏度由紅線標識，碼寬同樣也已被標識出。 在這個例子中，由於電壓值沒有超過靈敏度水平，因此它一直表現為同一數值—哪怕它比碼寬大。 它的優點在於不會引入噪音而且將信號作為恆定電壓更為精確地顯示出來。
圖1. 靈敏度高於碼寬可以消除噪聲信號。
一旦信號電平開始上升並超過靈敏度後，儀器就會顯示出不同的數值。 如圖2所示，請記住測量的精確度不可能高於靈敏度。
圖2.一旦信號超過了靈敏度水平，儀器所顯示的數值就會發生變化。
在如何定義儀器的靈敏度方面還存在一些分歧。 例如，在上述例子中，它被定義為一個常量。 在這種情況下，輸入信號電平一旦達到靈敏度電平，信號值就會發生變化。 然而，有時它又是指信號的變化。 當信號變化量達到指定的靈敏度值時，儀器顯示出的信號值會發生變化。 這種情況與絕對電壓無關，而是與電壓的變化量有關。 此外，有些儀器的靈敏度被定義在零附近。
不僅僅是每個公司對靈敏度這個名詞的定義不同，即使是同一個公司的不同產品在使用靈敏度這個詞時，其使用的定義也會有輕微變化。 通過查閱儀器規範來確定靈敏度的定義是很有必要的;如果在文中並沒有詳細說明，那麼需要聯繫公司作確切了解。
2. 精確度
精確度是指儀器可以如實地顯示被測信號值的能力。 這個名詞與解析度無關，但是儀器的精確度不可能高於解析度。
精確度的預期值各不相同，具體值取決於所使用的儀器或數字轉換器。 比如，一般情況下數字萬用表 (DMM)的預期精確度要比示波器高。 不同儀器精確度的計算方法會有所不同，但是我們要常常檢查儀器的特性來確定如何給我們所使用的儀器計算精確度。
示波器的精確度
示波器的精確度定義根據水平系統和垂直系統而有所不同。 水平系統與時間標尺或X軸有關;水平系統的精確度是指時基的精確度。 垂直系統與被測電壓或Y軸有關;垂直系統的精確度是指增益或偏置精確度。 通常情況下，垂直系統的精確度比水平系統的精確度更重要。
垂直系統精確度通常表示成輸入信號的百分比和全量程的百分比。 一些產品規格中將輸入信號分解成垂直增益和偏置精確度。 等式1給出了兩種精確度定義方法。
等式1. 計算示波器的垂直精確度
比如，示波器的垂直精確度可以用以下方法定義。
我們可以通過在20V的量程下輸入10V電壓信號來計算精確度。
DMM和電源的精確度
DMM和電源通常將精確度指定為讀數的百分比。 等式2給出了三種不同確定DMM和電源精確度的方法。
等式2.計算DMM或電源的垂直精確度。
ppm是指兆比率。 多數說明書中都使用多個表格來測定精確度。 精確度取決於測量的類型、範圍、上次校準的時間。 查看您的說明書，確定精確度是如何計算的。
舉個例子，將DMM設定在10V量程，並在23°C ±5°C環境下校準後操作90天，預期變為7V信號。 這些條件下的精度度為±(20 ppm讀數 + 6 ppm量程)。 這樣就可以根據以下公式計算精確度：
在這種情況下，讀數與實際輸入電壓的偏差應該在200 μV內。
DAQ設備的精確度
數據採集卡經常將精確度定義為與理想傳遞函數的偏差。 等式3顯示了數據採集卡精確度定義的一個例子。
等式3.計算DAQ設備的精確度
然後對每項進行定義：
這些項中大部分都已在表格中定義出，並且這些定義以額定量程為基礎。 產品規範中也規定了噪聲不確定度的計算方法。 噪聲不確定度是指測量的不確定度，這一不確定性是由於在測量過程中存在噪聲幹擾，這一幹擾會影響精確度。
另外，您的設備可能有多個精度表，使用哪個精度表取決於您是查找模擬輸入的精確度、模擬輸出的精確度以及您是否啟用了濾波器。
3. 精密度
精確度與精密度的概念經常互用，但是兩者仍有細微差別。 精密度用來描述儀器測量的穩定性以及在輸入信號相同的情況下多次測量的結果保持一致的能力。 然而，精確度是指測量值與實際值的接近程度，而精密度是指多次測量結果保持一致的程度。
圖3.精密度與精確度相關但不相同
精密度通常受到儀器噪聲和短期漂移的影響。 儀器的精密度通常不會直接給定，而是與其他參數有關，比如傳輸比規格、噪聲和溫度漂移。 然而，如果您進行了一系列的測量，就可以計算出精密度。
相關焦點
-
精密度?準確度?精確度?區別很大!
精密度、準確度、精確度分為儀器的精密度、準確度、精確度和測量的精密度、準確度、精確度。它們之間有完全不同的物理意義且又存在著必然聯繫。 -
【乾貨】精密度、準確度、精確度的區別
而測量的精密度、測量的準確度、測量的精確度是用來評價測量結果的概念。儀器的精密度一般是指量具儀表類儀器的最小分度值。例如常用米尺的最小分度值是一毫米，那麼他的精密度就是一毫米。同類儀器對同一對象的測量，儀器的精密度越高，測量結果就越接近真值。 -
精密度、準確度和精確度 您能分得清楚嗎?
精密度、準確度、精確度分為儀器的精密度、準確度、精確度和測量的精密度、準確度、精確度。 -
精密度、準確度、精確度究竟有什麼關係!?
精密度、準確度、精確度分為儀器的精密度、準確度、精確度和測量的精密度、準確度、精確度。它們之間有完全不同的物理意義且又存在著必然聯繫。有些儀器的精密度既與精密度和準確度有關，又不同於這兩個概念，如天平。天平的精確度級別是以其感量跟稱量之比來定義的。 測量的精確度是對測量的精密度和準確度的綜合評價。測量的精密度和準確度都好，測量的精確度就高，即測量結果的系統誤差和隨機誤差小，測量值精確。測量的精確度也稱為測量的精度。 -
精密度、準確度、精確度,做實驗一定要知道的
精密度、準確度、精確度分為儀器的精密度、準確度、精確度和測量 -
小模擬信號的高24位的精確度測量
增量累加ADC由兩個主要構件組成：執行模數轉換的增量累加調製器和數字低通濾波器/抽取電路。增量累加調製器的基本構件（集成運算放大器、求和節點、比較器/1 位ADC和1位DAC）如圖1所示。調製器的充電平衡電路強制比較器的數字輸出位流來代表平均模擬輸入信號。在把比較器輸出回送至調製器的1位DAC的同時，還利用一個低通數字濾波器對其進行處理。 -
一文讀懂實驗中的精密度和準確度
評價分析結果的可靠性要同時考慮到準確度和精密度。精密的測量是得到準確結果的前提。 -
模擬與數字麥克風靈敏度規格的差異以及應用
對於提供電壓輸出的模擬麥克風，輸出信號大小的唯一限制實際上是系統電源電壓的限制。雖然對多數設計來說並不實用，但從物理本質上講，模擬麥克風完全可以擁有20dBV的靈敏度，其中用於基準電平輸入信號的輸出信號為10V。只要放大器、轉換器和其他電路能支持所需的信號電平，完全可以實現這一水平的靈敏度。 -
測試測量儀器之二十七pico示波器測量的精確度解析度和動態範圍
老太太微微調整了坐姿，張口欲言，只聽鄰座的一位硬體工程師插話道：「三位一體就是精確度、解析度和動態範圍。」眾啞然。示波器是種測量儀器，它的精確度、解析度和動態範圍是一奶同胞的三兄弟，卻似乎總出現在不同的場合，天各一方，恍若路人。 -
【技術指南】 精確度,準確度,解析度和靈敏度
不幸的是，噪聲之類的因素會混入公式中，導致可被使用的理論解析度位數有所下降。一個擁有16位解析度的數據採集系統可能也包含16種噪聲情況。考慮到此，16種情況等於4比特（24=16）；因此測量系統標定的16位解析度減少了4位，所以A/D轉換器的真實解析度只有12位，並非16位。一種「取平均值」的方法可以提高解析度，但會犧牲速度。 -
採樣保持(THA)輸出噪聲的兩個關鍵噪聲分量
折合到輸入端的頻域噪聲密度最好通過下式確定：輸出時域採樣噪聲除以輸入採樣帶寬與π/2的乘積的平方根。 單極點帶寬和輸出時域噪聲相同時，該定義給出的折合到輸入端噪聲密度與單位增益連續波(CW)放大器(未採樣)相同。之所以有π/2，是因為單極點低通傳遞函數的有效噪聲帶寬為BW3dB×π/2。 -
如何認識ADC參數中「精確度」與「解析度」的不同
ADC指模/數轉換器或者模數轉換器是指將連續變化的模擬信號轉換為離散的數位訊號的器件。真實世界的模擬信號，例如溫度、壓力、聲音或者圖像等，需要轉換成更容易儲存、處理和發射的數字形式。模/數轉換器可以實現這個功能，在各種不同的產品中都可以找到它的身影。 -
探討模擬與數字麥克風靈敏度方面的差異
數字麥克風的靈敏度（單位為dBFS，相對於數字滿量程的分貝數）則並非如此簡單。單位的差異表明，數字麥克風與模擬麥克風的靈敏度在定義上存在細微差異。對於提供電壓輸出的模擬麥克風，輸出信號大小的唯一限制實際上是系統電源電壓的限制。雖然對多數設計來說並不實用，但從物理本質上講，模擬麥克風完全可以擁有20dBV的靈敏度，其中用於基準電平輸入信號的輸出信號為10V。 -
信噪比和靈敏度的關係分析
信噪比的計量單位是dB，其計算方法是10lg（PS/PN），其中Ps和Pn分別代表信號和噪聲的有效功率，也可以換算成電壓幅值的比率關係：20Lg（VS/VN），Vs和Vn分別代表信號和噪聲電壓的「有效值」。在音頻放大器中，我們希望的是該放大器除了放大信號外，不應該添加任何其它額外的東西。因此，信噪比應該越高越好。 -
DSP數位訊號處理器在科裡奧利質量流量計上的應用
如果需要，我們可把所有的採樣值加在一起，然後除以N來計算轉換器電壓的平均值。以一個類似的形式我們可計算信號的標準偏差，平均值代表我們想測量的實際信號，而標準偏差代表噪聲信號。平均值的平方除以標準偏差的平方被稱作信噪比或SNR。信噪比越高，被分析的數據的質量就越高。這些計算可用於計算被測變量的值。過濾和減小帶寬（技術上叫作十倍程下降率）可用於提高信噪比和質量流量的精確度。 -
VOCs監測:罐採樣與氣相色譜/質譜結合技術
譚和平等採用罐採樣-GC/MS方法測定室內空氣中的甲醛，考察了凝結水對樣品分析濃度的影響、樣品在罐中穩定儲存的時間，結果表明在樣品採集及儲存過程中應避免出現冷凝水，正常情況下樣品能在罐中穩定存儲1個月以上;研究了該分析方法的特性如檢出下限、回收率、線性響應範圍、精密度、穩定性及方法擴展不確定度，證實該方法比現行國家標準方法穩定、準確、檢出限低。 -
隔離型Σ-Δ調製器技術在電機控制電流採樣中的應用
1 隔離型的Σ-Δ調製器介紹 Σ-Δ(Sigma-Delta)調製器(Modulator) [2]，顧名思義，是指將高速CMOS工藝和iCoupler®數字隔離技術結合在一起的特色產品，能將模擬輸入信號轉換為20 Mbps的1-b碼流輸出。模擬調製器對模擬輸入信號連續採樣，因而無需外部採樣保持電路。 -
加點噪聲還是濾除噪聲？
但是在萬物互聯（IoT）的現在數量巨大的物聯設備對於傳感器和通訊設備的低功耗和高靈敏度的需求日益提高，隨機共振就給低功耗、弱信號檢測提供了新的思路。Akhil Dodda 在論文中介紹了他們製作的基於二硫化鉬（MoS~2~）製作的二維光電檢測材料，與傳統的傳感器相比，它所需要的能量和空間非常小，可以在物聯網應用中找到廣泛的應用。 -
檢測不到信號，是加點噪聲？還是濾除噪聲？
但是在萬物互聯（IoT）的現在數量巨大的物聯設備對於傳感器和通訊設備的低功耗和高靈敏度的需求日益提高，隨機共振就給低功耗、弱信號檢測提供了新的思路。Akhil Dodda在論文中介紹了他們製作的基於二硫化鉬（MoS~2~）製作的二維光電檢測材料，與傳統的傳感器相比，它所需要的能量和空間非常小，可以在物聯網應用中找到廣泛的應用。 -
使用實時採樣示波器測量相位噪聲——第二部分
高於 2 MHz 時，由於 SSA 的本底噪聲較低，因此兩條曲線有所分離。圖 1測量本底噪聲實時採樣示波器進行抖動測量時的本底噪聲受垂直（電壓）精度和定時精度的影響。採樣系統的垂直噪聲、時間基準的穩定性、示波器自身的振蕩器的相位噪聲和示波器交織採樣體系結構的缺陷都會給抖動測量造成誤差，進而影響相位噪聲測量。示波器抖動測量本底技術指標的計算公式如下：TIE= 噪聲邊沿轉換速率2+固有抖動2 [秒峰值]固有抖動部分由內部參考時基的穩定性決定。