Задача у меня такая:
Нужно очень сильно усилить сигнал в диапазоне частот от 0 до 2МГц. Усиление должно быть 80dB и более, но даже при 80 dB самый малошумящий усилитель будет выдавать огромные шумы уже сравнимые с размахом входа АЦП. Как мне быть? Можно ли применить oversampling для улучшения отношения сигнал шум? Может ли это увеличить усиление? Я так вроде прочитал про oversampling оно вроде даёт эффект увеличения разрешения АЦП, что мне вобщем-то без надобности, какая разница какое разрешение у АЦП если шум забъёт его вход.

что-то странное написано. вы собираетесь 80дб в один каскад усиливать ? Поставьте себе rf_calc и посчитайте тракт усиления. Шум же ко входу пересчитывается.

Отношение сигнал/шум при усилении только падает и улучшить его затем уже нельзя. Для выделения полезного сигнала при большом уровне шума используют специальные сигналы (в РЛС) или специальные виды модуляции (QPSK and etc), которые устойчивы к помехам (шуму), ваш случай непонятен? А усилить можно хоть на 100дб

Нет, собираюсь использовать малошумящий усилитель с регулировкой от 0 до 40dB и следующий каскад ещё на 40dB.


Ссылочку дайте пожалуйста, а то что-то с ходу не нашёл.

Я пока точно не расчитывал как это осуществить, но даже при беглом расчёте понятно, что если даже взять самый малошумящий усилитель со спектральной плотностью шума в 0.7 nV/(Hz^0.5), то шум в такой полосе частот будет ~100mV и это теоритически, реально раз в 5 больше, т.е. ~500mV. Если размах входа АЦП будет 2V, то что я там увижу - сплошной шум.

Это понятно, странно было бы если было бы наоборот. А вот на счёт улучшить - я бы поспорил. Например, если измерить какую либо величину 100 раз и усреднить, то отношение сигнал шум улучшится в 10 раз.
Можно ли подобного добиться оверсемплингом?

..если 100 раз измерить и усреднить - это всё равно что оверсэмплинг и соответственно полоса обработки сократиться то же в 100 раз а соответственно упадёт мощность шума в полосе - никакой магии. А вот если использовать скользящее среднее - то нет.
з.ы.
Собственно что хочу сказать если в полосе 2 мгц вы ловите какое-то сообщение то оно будет случайным процессом и тем самым не будет отличаться от шума расположенного в той же полосе. И при любом оверсэмплинге вы С/ш не улучшите, потому что что шум в полосе что ваш сигнал будут являться случайными процессами вести себя при обработке они будут одинаково.
Чтобы отделить свой сигнал от шума нужно ввести его детерминированность-закодировать какой-либо последовательность повторяющейся и обрабатывать в коррелторе, тогда можно вытащить полезный сигнал хоть из под шумов. Чем длиннее повторяющаяся последовательность будет использоваться для кодировки тем больше С/ш можно добиться.

А оверсэмплинг используют,имхо, для увеличения динамического диапазона т.е. чтобы видеть маленькие сигналы на фоне больших или чтобы видеть и маленькие и очень большие сигналы - а не для вытаскивания сигналов из под шумов.

oversampling с последующей фильтрацией/децимацией позволяет уменьшить шум квантования. Условно говоря, двукратное увеличение частоты дискретизации с последующей децимацией/фильтрацией эквивалентно (в идеальном случае) увеличению разрядности АЦП на 1 бит.
Физически это объясняется так (тезисно):
1. Шум квантования определяется разрядностью АЦП (чем больше "ступенька", тем больше ошибка, тем больше шум).
2. Шум квантования равномерно распределен в полосе оцифрованного сигнала.
3. Полоса оцифрованного сигнала равна половине частоты дискретизации.
4. Фильтрация с использованием более узкой полосы (далее можно уменьшить частоту дискретизации) позволяет удалить шум квантования вне полосы пропускания фильтра.

Обратите внимание, что речь идет о шуме, который вносит само устройство ЦОС, а не о шуме исходного сигнала.

У меня получилось 10 mV. Для 80 дБ.

поставьте по входу малошумящий усилитель с усилением 10-15дб, затем ваш регулируемый и на выходе 20-30.

Ну какая разница на сколько каскадов разбить усилитель, всё равно я не получу меньший шум если бы использовал бы малошумящий усилитель на все 80dB. Но и так шум уже по моему слишком большой.


Для определённости могу сказать, что я делаю ультразвуковой усилитель и мне нужно выделить форму сигнала на фоне шумов. И хотелось бы узнать можно ли как-нибудь увеличением частоты дискритезации добиться снижения шума, применив оверсемплинг или усреднение соседних семплов или что-то ещё.

Вообще-то, для получения наибольшего соотношения "сигнал/шум" стремятся максимум усиления распределить на первый каскад, т.к. чем больше усиление первого каскада, тем меньше остаётся остальным, и тем лучше, потому что все последующие каскады усиливают шумы в т.ч. и первого каскада. Сколько можно выжать из одного (первого каскада) в данном конкретном случае (соблюдая требования по полосе, искажениям и т.д.) определяется индивидуально.

..без согласованной фильтрации никак улучшить сигнал шум вы не сможете, оверсемплинг снижает шумы квантования но они вам уже не страшны так как вы раскачиваете сигнал перед АЦП до размера дин. диапазона.

Если вы ловите определённый сигнал, и знаете какой -то у этого сигнала должен быть и конкретный спектр, сделайте фильтр согласованный со спектром сигнала - тем самым вы улучшите с/ш.
К примеру если ловите меандр частотой 100 кгц в полосе 2 мгц , то вам нужен гребенчатый фильтр с шагом 100 кгц, чем уже тем лучше. Можно получить значительное улучшение С/ш . Чем уже будут гребёнки тем лучше.
Никакая "общая" обработка отсчётов без привязки их к конкретному сигналу не дадут улучшния сигнал шум, имхо.

А если подумать в сторону Антенны? Лучший усилитель - это антенна, но это уже не относится к данному форуму.

Это вовсе не значит, что общий шум всех каскадов будет меньше, чем если бы использовать только один малошумящий каскад, но с усилением всей системы. Короче лишние каскады шумов только добавят.

Вот например то, что я знаю точно. Если получить сигнал 100 раз и затем усреднить его, то отношение сигнал шум улучшится в 10 раз (SQRT(100)). Весь не коррелированный шум, т.е. белый шум, каким в основном и является шум от резисторов и ОУ, уменьшится в 10 раз. Это факт, который сомнениям не подлежит.
А вот можно ли достичь такого эффекта с помощью увеличения частоты и усреднения соседних семплов - вопрос.

вы правы, но я имел в виду что мне не попадалось малошумящих перестраиваемых усилителей. а вот малошумящих с фиксированным усилением много.


Вы учитываете что усреднение сигнала в 100 раз == фильтрация одним каскадом CIC фильтра и приводит к сужению полосы обработки? По сути вам уже предлагали отфильтровать сигнал по согласованной или близкой к согласованной полосе.

Про оверсемплинг уже писали.

Можете объяснить попроще и поподробнее или отослать к литературе? Полоса обработки - это полоса пропускания АЦП? Я так понимаю на усилитель это не повлияет у него полоса от 0 до 2МГц. У АЦП полоса пропускания 600МГц. Так чем мне грозит сужение полосы?