Spectrum Instrumentation ha creado una nueva opción de firmware que permite que las tarjetas digitalizadoras M5i de alta velocidad de la empresa (figura 1) realicen el promediado de suma a bordo. El promediado es una herramienta útil para reducir el ruido de la señal no deseada y, al mismo tiempo, mejorar la resolución de las mediciones, el rango dinámico y la relación señal/ruido (SNR). La nueva opción permite que los digitalizadores M5i realicen la función de promediación utilizando la tecnología avanzada Field Programmable Gate Array (FPGA) integrada.
Los digitalizadores de la serie M5i ofrecen un muestreo en tiempo real de hasta 6,4 GS/sg con una resolución de 12 bits y pueden transmitir todos los datos adquiridos directamente a través del bus PCIe a una velocidad récord de 12,8 GB/sg. Esta capacidad se ve reforzada por la nueva opción de firmware, que permite promediar las señales adquiridas a la asombrosa velocidad de 15 millones de eventos por segundo.
"Esta nueva opción para la serie M5i constituye uno de los sistemas de promediación más potentes disponibles en la actualidad", afirma Oliver Rovini, Director de Tecnología de Spectrum. "El procesamiento basado en FPGA permite un promediado ultrarrápido, incluso en formas de onda complejas y largas. De hecho, hay suficiente potencia de procesamiento disponible para promediar formas de onda que contienen hasta 1 MSmuestra por adquisición. El resultado es un paquete de promediado que resultará interesante para cualquiera que trabaje con señales de alta frecuencia o pulsos muy estrechos de bajo nivel o en los que se pierdan detalles de la señal debido a grandes cantidades de ruido. Esto incluye aplicaciones como la espectrometría de masas, el lidar, la radioastronomía, la automatización, el radar, la biomedicina, la física nuclear, las comunicaciones, el sonar y muchas más".

Acerca de Summation Averaging
El promediado de suma es una técnica de procesamiento común, basada en el dominio del tiempo, que se utiliza para reducir el componente de ruido aleatorio (no correlacionado) de una señal, mejorando su relación señal/ruido (SNR), mientras que al mismo tiempo aumenta la resolución de medición y el rango dinámico de un digitalizador. La figura 2 muestra un ejemplo de cómo puede utilizarse el promediado para revelar detalles de la señal que, de otro modo, quedarían ocultos por el exceso de ruido.
En este ejemplo, una señal de bajo nivel (aproximadamente 3 mV) está completamente enterrada por el ruido aleatorio (trazo superior). Aunque la señal de origen ni siquiera es visible en la adquisición original de un solo disparo, al promediar 10 veces se observa que en realidad hay una señal con 5 picos (trazo central). Al promediar 1.000 veces, la calidad de la señal mejora aún más, revelando la forma real de la señal, con picos máximos y mínimos secundarios (trazo inferior).
En el caso ideal, si la señal y el ruido no están correlacionados, es decir, si el ruido es aleatorio y la señal es repetitiva, la función de promediación de la suma puede mejorar la SNR en proporción a la raíz cuadrada del número de mediciones (o promedios). Por ejemplo, promediar una señal 256 veces puede mejorar la SNR hasta en 24 dB o aumentar la resolución de la medición en unos 4 bits. Así, esta técnica puede utilizarse para mejorar y ampliar la resolución de 12 bits de los digitalizadores de la serie M5i.

Promedio definido por umbral (TDA) incorporado
Para mejorar aún más la capacidad de promediación, y permitir que los digitalizadores de la serie M5i detecten y promedien eventos raros que de otra manera podrían perderse en el ruido de fondo excesivo, la nueva opción de firmware incluye una técnica de supresión de datos llamada Threshold Defined Averaging (TDA). TDA permite al usuario establecer un nivel de umbral para que sólo las muestras de forma de onda que superen el nivel contribuyan a la forma de onda acumulada. Las muestras de ruido de la línea de base, las que caen por debajo del nivel establecido, se suprimen poniéndolas a cero o, como alternativa, a un valor definido por el usuario. La figura 3 muestra un diagrama de bloques de la funcionalidad de la FPGA y la figura 4 presenta un esquema del proceso TDA.
Como cualquier dato de la forma de onda que esté por debajo del umbral se elimina de la forma de onda promediada, el TDA puede ser una herramienta muy útil para rechazar el ruido de bajo nivel y correlacionado (sincrónico) y otros artefactos de la forma de onda, como la deriva de la línea de base. Estas son anomalías de la señal que no pueden ser eliminadas por un proceso de promediado de suma convencional.
La opción de promediación (M5i.33xx-spavg) ya está disponible para la serie M5i.33xx de digitalizadores de alta velocidad PCIe.

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