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SINAD: 정의, 공식 및 측정 가이드

이 기사에서는 SINAD가 측정하는 내용과 잡음과 왜곡을 모두 고려하여 전체 신호 품질을 평가하는 방법에 대해 알아봅니다.깨끗한 테스트 톤을 적용하는 것부터 원치 않는 구성 요소를 분리하고 결과를 데시벨로 변환하는 것까지 측정 프로세스가 어떻게 작동하는지 확인할 수 있습니다.또한 SINAD가 SNR, THD 및 ENOB와 어떻게 다른지 이해하게 됩니다.또한 이 기사에서는 통신, 오디오 및 전자 시스템에서 SINAD가 일반적으로 사용되는 위치를 간략하게 설명합니다.

카탈로그

그림 1. SINAD 신호 비교 다이어그램

SINAD란 무엇입니까?

SINAD(신호 대 잡음 및 왜곡 비율)는 원하는 출력을 장치나 수신기에서 발생하는 결합된 잡음 및 왜곡과 비교하여 신호의 순도를 측정합니다.그림에 표시된 것처럼 깨끗한 전송 신호에는 기본 톤만 포함되는 반면, 수신된 출력에는 전체 신호 선명도를 감소시키는 고조파 및 배경 잡음이 포함되는 경우가 많습니다.데시벨(dB)로 표시되는 SINAD는 신호 품질, 수신기 감도, 통신 및 오디오 시스템 성능을 평가하는 정확한 방법을 제공합니다.

SINAD 측정 시스템 다이어그램

그림 2. SINAD 측정 시스템 다이어그램

위의 다이어그램은 표준 SINAD 측정 설정을 보여주며, 테스트 중 각 단계에서 신호를 처리하는 방법을 보여줍니다.일반적인 SINAD 측정 설정에는 다음이 포함됩니다.

• 신호 발생기 – 깨끗한 기준 톤 생성

• 테스트 중인 장치(DUT) – 일반적으로 무선 수신기, 증폭기 또는 ADC

• 대역통과 또는 노치 필터 – 주파수를 분리하거나 제거합니다.

• 오디오 분석기/SINAD 미터 – 총 소음 및 왜곡 측정

• 출력 모니터링 – 테스트 중 신호 전력을 확인합니다.

SINAD 공식

SINAD의 표준 방정식은 다음과 같습니다.

어디에:

• 신호 – 원하는 톤

• 소음 – 배경 또는 열 소음

• 왜곡 – 고조파 및 비선형성

일부 분석기는 전력 기반 형식을 사용합니다.

SINAD가 높다는 것은 잡음과 왜곡이 전체 출력의 작은 부분만을 차지하며 더 나은 시스템 성능을 반영한다는 것을 의미합니다.

SINAD는 어떻게 작동하나요?

SINAD는 장치나 수신기를 통과한 후 깨끗한 신호와 함께 원치 않는 잡음과 왜곡이 얼마나 나타나는지 측정하는 방식으로 작동합니다.시작하려면 깨끗한 테스트 톤이 테스트 대상 장치(DUT)에 주입되어 출력의 모든 변경 사항이 시스템 자체에서 발생하는지 확인합니다.그런 다음 분석기는 출력 스펙트럼을 검사하고 전자 장치에서 발생하는 신호, 고조파 왜곡 및 광대역 잡음을 식별합니다.

다음으로 노치 필터나 디지털 알고리즘이 톤을 제거하고 노이즈와 왜곡 성분만 남깁니다.이 필터링된 결과는 원래 신호가 시스템을 통해 이동하면서 저하된 정도를 보여줍니다.마지막으로 분석기는 남은 잡음 + 왜곡을 총 출력 신호와 비교하여 SINAD 값을 데시벨(dB) 단위로 계산합니다.

SINAD는 잡음과 모든 형태의 왜곡을 모두 고려하므로 실제 신호 품질에 대한 현실적이고 포괄적인 그림을 제공합니다.이는 수신기 감도, 오디오 충실도, ADC 및 기타 통신 또는 신호 처리 장비의 동적 성능을 평가하는 데 유용합니다.

SINAD는 어떻게 측정되나요?

SINAD의 작동 방식을 이해한 후 다음 단계는 SINAD가 실제로 어떻게 측정되는지 살펴보는 것입니다.아래 그림은 일반적인 SINAD 측정 설정을 보여주고 신호가 장비의 각 단계를 통해 이동하는 방식을 보여줍니다.

그림 3. SINAD 측정 블록 다이어그램

1단계: 알려진 테스트 톤 적용

신호 발생기에서 수신기로 깨끗하고 알려진 테스트 신호를 공급하여 SINAD 측정을 시작합니다.이는 일반적으로 오디오 테스트의 경우 1kHz 톤이고 통신 시스템의 경우 변조된 RF 반송파입니다.제어된 입력을 사용하면 나중에 측정하는 노이즈나 왜곡이 소스가 아닌 테스트 대상 장치(DUT)에서 나오는지 확인할 수 있습니다.

2단계: 출력 신호 캡처

테스트 신호가 수신기를 통과하면 주 신호, 고조파 왜곡, 회로에 의해 추가된 열 또는 전기 잡음을 포함하는 전체 출력을 측정합니다.이를 통해 수신기가 원래 톤을 어떻게 변경하는지 명확하게 볼 수 있으며 SINAD 미터가 상호 변조 및 기타 원치 않는 구성 요소를 감지할 수 있습니다.다이어그램에서 이는 "신호 + 노이즈 + 왜곡" 측정 경로에 해당합니다.

3단계: 신호음 제거

잡음과 왜곡을 분리하려면 기본 테스트 톤을 제거하는 노치 필터를 통해 출력을 라우팅합니다.필터는 원치 않는 구성 요소를 그대로 유지하면서 주파수를 극적으로 억제합니다.이렇게 하면 다이어그램의 두 번째 경로에 표시된 것처럼 노이즈 + 왜곡만 깔끔하게 측정할 수 있습니다.

4단계: SINAD 비율 계산

두 측정값을 모두 캡처하면 이제 신호 + 노이즈 + 왜곡이 포함된 전체 출력과 노이즈 + 왜곡 레벨을 비교할 수 있습니다.이 비교는 수신기의 출력 중 깨끗하고 사용 가능한 신호와 원치 않는 인공물이 얼마나 되는지를 보여줍니다.잡음과 왜곡이 높으면 SINAD 값이 떨어지며 이는 신호 품질이 낮다는 것을 나타냅니다.

5단계: 결과를 데시벨로 변환

마지막으로 SINAD 비율을 데시벨(dB)로 변환하면 여러 시스템 간의 성능을 더 쉽게 비교할 수 있습니다.dB를 사용하면 수신기 감도, 오디오 선명도 및 전체 장치 성능을 빠르게 평가하는 데 도움이 됩니다.SINAD 값이 높을수록 시스템이 더 낮은 왜곡으로 더 나은 신호 순도를 제공한다는 의미입니다.

SINAD에 영향을 미치는 문제

여러 요인으로 인해 SINAD 성능이 저하될 수 있습니다.

• 전기적 노이즈(열 노이즈, EMI, 간섭)

• 증폭기의 고조파 왜곡 또는 ADC 비선형성

• RF 발진기의 위상 잡음

• 수신기의 필터링이 충분하지 않음

• 접지 및 차폐 문제

• 대역폭 제한

• 임피던스 불일치

SINAD vs SNR vs THD vs ENOB

SINAD, SNR, THD 및 ENOB는 관련된 측정이지만 각각 신호 품질을 다른 방식으로 설명합니다.차이점을 이해하면 테스트 또는 분석에 사용할 측정항목을 더 쉽게 알 수 있습니다.아래 표에는 비교 방법이 요약되어 있습니다.

측면	시나드	SNR	THD	이놉
정의	비율 잡음과 왜곡을 결합한 신호	비율 신호 대 잡음만	비율 고조파에서 기본까지	효과적인 SINAD에서 파생된 해상도
기본 초점	합계 동적 성능	소음 순도	선형성 고조파 왜곡	현실적 비트 성능
출력 단위	데시벨	데시벨	데시벨 또는 %	비트
분석 대역폭	전체 DC를 제외한 스펙트럼 콘텐츠	소음 밴드만	고조파 주파수	기반 SINAD 대역폭
소음 포함	예	예	아니요	간접
왜곡 포함	모두 종류	없음	고조파	간접
측정 방법	FFT 노이즈 + 왜곡 추출 포함	FFT 고조파 제외	FFT 고조파 진폭 측정	계산됨 수식을 사용하여
필수 테스트 신호	순수 풀 스케일에 가까운 톤	동일 SINAD로서의 톤	순수 사인	팔로우 SINAD 테스트
필수 계측	고해상도 FFT 분석기	스펙트럼 분석기 또는 ADC FFT	고조파 측정 설정	계산기 만
응용	ADC/DAC 검증, RF 수신기, 오디오	저소음 증폭기 테스트, ADC 노이즈 플로어	증폭기 선형성, 오디오 순수성	변환기 선택 및 디자인 예산

SINAD의 응용

RF 및 무선 통신

SINAD는 RF 및 무선 시스템에서 수신기가 약한 신호를 얼마나 잘 감지할 수 있는지 평가하는 데 널리 사용됩니다.복조 후 존재하는 잡음과 왜곡의 양을 보여줌으로써 수신기 감도를 결정하는 데 도움이 됩니다.이로 인해 SINAD는 환경의 전반적인 RF 성능을 평가하기 위한 핵심 지표가 됩니다.

ADC 및 DAC 특성화

많은 사람들이 SINAD를 사용하여 테스트 중에 ADC 및 DAC의 선형성과 정확성을 확인합니다.이는 얼마나 많은 잡음과 왜곡이 변환기의 출력에 영향을 미치는지 보여줍니다.SINAD를 분석하면 장치의 실제 사용 가능한 해상도를 확인할 수 있습니다.

오디오 장비 테스트

SINAD는 증폭기, 믹서 및 녹음 장치와 같은 장비의 오디오 신호의 선명도와 순도를 측정합니다.음질에 영향을 미치는 원치 않는 왜곡과 배경 소음을 강조합니다.이 지표를 사용하면 오디오 시스템이 깨끗하고 정확한 출력을 제공하는지 확인할 수 있습니다.

전자 시스템 설계

SINAD는 전자 회로 내의 필터링, 접지 및 차폐 문제를 식별하는 데 도움이 됩니다.신호 품질을 분석하여 레이아웃을 최적화하고 원치 않는 간섭을 줄일 수 있습니다.이는 작동 중에 더욱 안정적이고 신뢰할 수 있는 시스템 성능을 보장합니다.

측정 장비 교정

SINAD는 분석기, 무선 장치 및 테스트 장비가 지정된 정확도 내에서 작동하는지 확인하는 데 사용됩니다.이는 소음과 왜곡 수준이 허용 가능한 한도 내에 유지되는지 확인합니다.SINAD를 사용한 정기적인 교정은 일관되고 신뢰할 수 있는 측정 결과를 보장합니다.

결론

SINAD는 단일 측정에서 노이즈와 왜곡을 모두 설명하므로 신호 품질에 대한 포괄적인 지표 역할을 합니다.프로세스의 세부 단계는 시스템이 깨끗한 입력을 수정하는 방법과 이러한 변경이 성능에 어떤 영향을 미치는지 보여줍니다.다른 측정항목과 비교하면 SINAD가 동적 동작을 평가할 때 제공하는 특정 값이 명확해집니다.다양한 응용 분야는 신뢰할 수 있는 전자 시스템의 테스트, 교정 및 설계에서 그 중요성을 보여줍니다.