¿Cuál es la diferencia entre la relación señal-ruido y el rango dinámico?

3 La relación entre SNR y DR

SNR y DR son conceptos relacionados, pero no equivalentes. La SNR depende del nivel de ruido, que puede variar según la fuente, el entorno y las condiciones de medición. DR depende del nivel de señal, que puede variar según las capacidades de entrada, salida y procesamiento del sistema. En general, la SNR es una medida de lo bien que se puede detectar o extraer una señal del ruido, mientras que la DR es una medida de lo bien que se puede reproducir o transmitir una señal sin distorsión.

4 Los efectos del muestreo y la cuantificación

El muestreo y la cuantificación son dos procesos que convierten las señales analógicas en señales digitales. El muestreo es el proceso de tomar muestras discretas de la señal analógica a intervalos regulares, mientras que la cuantificación es el proceso de asignar valores discretos a las muestras en función de una escala predefinida. Ambos procesos introducen errores y limitaciones en la calidad y el rendimiento de la señal, que afectan a la SNR y DR.

El muestreo afecta a la SNR mediante la introducción de aliasing, que es el fenómeno de los componentes de alta frecuencia de la señal analógica que se malinterpretan como componentes de baja frecuencia en la señal digital. Esto provoca ruido y distorsión en la señal digital, lo que reduce la SNR. Para evitar el aliasing, la frecuencia de muestreo debe ser al menos el doble de la frecuencia más alta de la señal analógica, según el teorema de Nyquist.

La cuantificación afecta a la DR mediante la introducción de ruido de cuantificación, que es la diferencia entre el valor real de la señal analógica y el valor asignado de la señal digital. Esto provoca errores y variaciones en la señal digital, lo que reduce el DR. Para reducir el ruido de cuantificación, se debe aumentar el número de bits utilizados para representar la señal digital, lo que aumenta la resolución y la precisión de la cuantificación.

5 Las compensaciones y los desafíos

La SNR y la DR son métricas importantes que afectan a la calidad y el rendimiento de las señales analógicas y digitales, pero también implican compensaciones y desafíos. El aumento de la SNR y la DR requiere más recursos y complejidad, como mayor potencia, ancho de banda, resolución, precisión y velocidad de procesamiento. Estos factores pueden aumentar el costo, el tamaño y el consumo de energía del sistema, así como introducir otros problemas como interferencias, sobrecalentamiento y latencia. Por lo tanto, los ingenieros electrónicos deben equilibrar las compensaciones y los desafíos de SNR y DR de acuerdo con los requisitos y especificaciones de la aplicación y el sistema.