¿Cuál es exactamente rango dinámico?

November 11, 2021

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¿Cuál es exactamente rango dinámico?

El concepto de rango dinámico aparece a menudo en dirigir discusiones. ¿Pero qué exactamente hace este término significan? ¿Cómo es aplicado a los circuitos electrónicos y a los sistemas?

En el campo que dirigía, pusimos más énfasis en exactitud y claridad. No es fácil discutir los detalles técnicos, las relaciones matemáticas, y las especificaciones de funcionamiento. Podemos hacer tareas más fáciles manejar y producir con uso cuidadoso y la comprensión completa de términos relacionados.

Un término encontrado a menudo por los ingenieros eléctricos “rango dinámico”. Antes de que usted continúe leyendo, pase un minuto que intenta dar una definición exacta y completa. Puede ser difícil, yo espera que el artículo siguiente puede ayudarle a entender esta definición.

Parásitos atmosféricos y rango dinámico

Por lo que sé, el término “alcance estático” no existe. Pero podemos utilizarlo para aclarar la naturaleza del rango dinámico.

La “gama” refiere al área del cambio entre dos límites. Los “parásitos atmosféricos” vienen de un verbo griego relacionado con todavía la colocación o la colocación. Por lo tanto, la gama estática refiere a un área del cambio posible en la cual la restricción no sea afectada por la necesidad del movimiento activo e imprevisible de los fenómenos de la entrada o de la salida entre los límites superiores y más bajos.

La “dinámica” es esencialmente el contrario de “estático” - describiendo las cosas que se están moviendo y están cambiando constantemente. Para el rango dinámico, todavía tenemos límites superiores y más bajos, pero estos límites superiores se aplican a los sistemas conforme a cambios continuos en fenómenos de la entrada o de la salida, y capturan la capacidad del sistema en relación con las condiciones de funcionamiento que reflejan la naturaleza dinámica de la señal relevante.

En vista de la información antedicha, en el campo de la ingeniería eléctrica, el rango dinámico especifica la gama de valores posibles o aceptables que una señal dinámica puede asumir a cuando se entrega o es generada por un sistema dado.

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Visión ejemplo-humana típica

El sistema visual humano tiene una capacidad notable de cambiar la cantidad de entrada. Podemos ver las ondulaciones en la charca en el claro de luna, y las velas blancas que destellan en el sol mediterráneo del deslumbramiento. La gama de brillo a la cual el ojo humano es sensible se divide en 14 órdenes de magnitud: el límite más bajo es cerca de 10-6 candelas por el metro cuadrado (cd/m2), y el límite superior es cerca de 108 cd/m2.

¿Hace este medio que el rango dinámico del sistema visual humano es 1014? No, porque la gama de brillo mencionada anteriormente incluye la sensibilidad de las células de cono y de las células de barra, y estos dos fotorreceptores biológicos no puede trabajar al mismo tiempo (el sistema la necesita realmente lleva un tiempo largo la transición del modo del alto-brillo al modo del bajo-brillo). Por lo tanto, esta gama no es conveniente para las señales de entrada que cambian dinámicamente entre los límites superiores y más bajos, de tal modo limitando el sistema a un sistema específico de condiciones de funcionamiento.

Para determinar el rango dinámico de la detección ligera humana, necesitamos evaluar nuestra capacidad de percibir la gama de brillo al mirar una escena. Si adoptamos una interpretación más estricta del rango dinámico, a nos no se permite cambiar el tamaño del alumno, porque éste es equivalente a cambiar el límite superior o más bajo aumentando o a disminuir el aumento.

Cálculo y expresión del rango dinámico

El rango dinámico es realmente un ratio: nivel de señal máximo/nivel de señal mínimo.

Los ingenieros eléctricos tienden a utilizar decibelios para expresar ratios grandes (tales como el aumento de un amperio de Op. Sys.), y el rango dinámico no es ninguna excepción. Por ejemplo, si el rango dinámico de un sistema de vigilancia del voltaje es 80db, el nivel de introducción de datos perceptible máximo es 10.000 veces más grande que el nivel de introducción de datos perceptible mínimo.

En un sistema óptico, el rango dinámico se expresa generalmente como parada. Refiere al aumento o a la disminución de dos factores. Si el rango dinámico de una cámara digital es 8 lentes, después cuando el brillo de la parte más brillante dividida por el brillo de la parte más oscura es inferior o igual 256 (=28), la escena se puede reproducir bien.

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El valor del DB se redondea a un lugar decimal, y el valor de la parada se redondea al tercer punto más cercano de la parada.

Rango dinámico en sistemas electrónicos

Lo que sigue proporciona ejemplos del rango dinámico en diversos tipos de circuitos.

Convertidor de digital a analógico

Si consideramos la salida, el rango dinámico del ADC es determinado por la resolución. El valor no nulo más pequeño de la salida es 1, y el valor más grande de la salida es (2N-1), donde está el número N de pedazos de la palabra digital generada. Por lo tanto, la gama de la salida dinámica 14 de un pedazo ADC es (214-1) =16383. Esto se puede también expresar como 84,3 DB o 14 paradas.

El rango dinámico de la señal de entrada no es tan directo, porque el límite más bajo es determinado por la cantidad de ruido en la forma de onda análoga, y el ruido es afectado por condiciones ambientales o el ajuste del aumento del amplificador variable del aumento antes del ADC.When el límite superior del voltaje de la referencia es 2,5 V y el piso del ruido es 1 milivoltio, el rango dinámico es DB 2.5/1×10-3≈68.

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Un tipo especial de rango dinámico llamó el rango dinámico falso-libre (SFDR) se puede utilizar para cuantificar las linearidades de un circuito.

Sensor de la imagen

En un sensor del CCD, el límite superior de la detección óptica es el número de electrones que se puedan almacenar en un pixel, y el límite más bajo es el número de electrones relacionados con el ruido oscuro y leer ruido. Asuma que un pixel puede sostener 40.000 electrones. Si un pixel oscuro del ruido genera 5 electrones a la vez de exposición dada y recibe 10 electrones adicionales en la lectura, el rango dinámico es 40000/(DB 5 + 10) = 68,5 o cerca de 11 paradas.

Mezclador del RF

El mezclador puede realizar la conversión de frecuencia, así que desempeña un papel importante en el diseño del sistema de la radiofrecuencia. Cuando el mezclador comienza a exhibir ausencia de linealidad inaceptable, el nivel de la energía de entrada se llama el punto de la compresión 1db. Esto corresponde al límite superior usado para calcular el rango dinámico, mientras que el límite más bajo es la figura de ruido del mezclador.