Moyennage par sommation : Spectrum l’intègre aux 59xx
Extraire un signal de faible amplitude noyé dans le bruit suppose souvent de transférer et de traiter de grands volumes d’acquisitions. Spectrum Instrumentation, fabricant allemand de numériseurs et de générateurs modulaires, a introduit une option firmware qui permet aux numériseurs haute résolution de la série 59xx d’effectuer un moyennage par sommation directement à bord, dans leur FPGA. La fonction réduit le bruit, améliore la résolution, la plage dynamique et le rapport signal/bruit, tout en diminuant la quantité de données à stocker ou à transférer. Spectrum présente cette option comme un outil de traitement adapté aux signaux répétitifs à cadence élevée.
Un traitement FPGA jusqu’à 2 millions d’événements par seconde
Le moyennage est exécuté dans le FPGA embarqué et traite des signaux à taux de répétition élevé, jusqu’à 2 millions d’événements par seconde. Selon Oliver Rovini, directeur technique de Spectrum, le traitement reste très rapide même pour des formes d’onde atteignant 64 KiSamples par acquisition. Le volume de données à stocker ou à transférer vers l’hôte pour analyse s’en trouve fortement réduit.
La fonction cible les signaux ou impulsions de faible amplitude et les situations où le bruit masque des détails. Les applications citées incluent la spectrométrie de masse, le lidar, la radioastronomie, le radar, le sonar, la biomédecine, la physique nucléaire, l’automatisation et les communications.
52 numériseurs 16 bits en PCIe et LXI
L’option est disponible sur les 52 modèles de la série 59xx : 24 cartes PCIe et 28 instruments Ethernet (LXI). Ils échantillonnent entre 5 et 125 MS/s en 16 bits, avec 1 à 8 voies par carte PCIe ou 4 à 48 voies par instrument autonome.
Le système Star-Hub permet de synchroniser jusqu’à 128 voies, et les cartes PCIe transfèrent en continu les données vers un PC ou un GPU à des débits pouvant atteindre 700 Mo/s.
Du bruit aux impulsions : un exemple à 300 µV
Le moyennage par sommation est un traitement dans le domaine temporel qui réduit la composante de bruit aléatoire non corrélé. Dans l’exemple publié par Spectrum, un M2p.5962 échantillonnant à 125 MS/s acquiert un signal d’environ 300 µV entièrement noyé dans le bruit. Huit moyennages révèlent trois impulsions espacées de 3,6 µs, et 64 moyennages font apparaître une impulsion d’environ 300 µV suivie d’impulsions plus petites.
Lorsque le bruit est aléatoire et le signal répétitif, le gain en SNR suit la racine carrée du nombre de moyennages : 64 moyennages apportent jusqu’à 12 dB, soit environ 2 bits de résolution supplémentaires au-delà des 16 bits natifs. Le moyennage constitue ainsi un moyen d’étendre la résolution native des numériseurs 59xx.
Disponibilité et mise à niveau sur site
L’option, référencée M2p.xxxx-spavg, est disponible immédiatement pour les nouveaux numériseurs 59xx. Elle peut également être installée sur les appareils existants par une mise à niveau sur site.
Fondée en 1989 et installée près de Hambourg, Spectrum Instrumentation propose plus de 200 numériseurs et générateurs aux formats PCIe, PXIe et LXI, avec une garantie de cinq ans. L’entreprise met en avant une assistance assurée directement par ses ingénieurs concepteurs.
Pour les équipes qui caractérisent des impulsions faibles en environnement bruité, le moyennage embarqué déplace une partie du traitement de l’hôte vers le numériseur. Si vous exploitez déjà des 59xx, la mise à niveau sur site permet d’évaluer le gain sur vos propres signaux.
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