Signal-Rausch-Verhältnis kurz SNR

Was mit SNR wird gemeint?

Mit der Definition SNR oder Signal-Rausch-Verhältnis ist das Verhältnis zwischen der gewünschten Signal-Qualität resp. der Signal-Leistung und dessen unerwünschten Hintergrundrauschens zu verstehen.

Oft wird in der Technik das SNR auch als Messparameter verwendet, dieser vergleicht den Pegel des gewünschten Signals mit dem Pegel des Hintergrundrauschens. Mit anderen Worten, das SNR ist das Verhältnis der Signalleistung zur Rauschleistung, somit ist seine Ausdruckseinheit typischerweise in dB angegeben. Mit anderen Worten, wenn Sie z.B. in einem Meeting Raum mit einer Person kommunizieren, dies aber auch andere mit dessen Nachbarn in ähnlicher Stimmlage tun, wird es immer wie schwieriger zu entziffern, welche Person was sagt. Ideal wäre es, wenn pro Gesprächspartner je ein isolierter Raum zur Verfügung stehen würde, somit wäre das SNR optimal resp. das entziffern, welche Person was sagt, kein Problem mehr.

SNR ist das Verhältnis zwischen des gewünschten Signals und dem unerwünschten Rauschen.

Um auf einer Leiterplatte das Rauschen von Aussen zu unterdrücken oder hochempfindliche Signale zu übertragen, können beispielsweise auch Coaxial Kabel verwendet werden.

Wieso ist das SNR auf einer PCB so wichtig?

Angenommen das gewünschte Signal mit entscheidenden Daten und einer engen Fehlertoleranz müsste fehlerfrei zum Empfänger übertragen werden, ist es essentiell dessen Hintergrundrauschen so gering wie möglich zu halten (eine mögliche Option Coaxial Kabel, siehe Bild oben). Das SNR sagt also aus, wie Ihre Signal Qualität resp. Ihre Signalintegrität auf der Leiterplatte ist, sowie auch wie hoch Ihr Crosstalk Anteil auf der Leiterplatte beträgt. Zusammenfassend kann ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis in einigen Fällen auch den Unterschied bedeuten, ob ein Gerät funktioniert oder nicht und in allen Fällen beeinflusst es die Leistung zwischen Sender und Empfänger (siehe Bild Jitter unten).

Signalstärke berechnen

Um das SNR zu ermitteln, muss man die messbare Differenz zwischen der gewünschten Signalstärke und dem unerwünschten Rauschen finden, indem man den Rauschwert vom Signalstärkewert subtrahiert. Wenn beispielsweise ein LoRa Beacon ein Signal mit -55 dBm (Dezibel pro Milliwatt) empfängt und der Rauschpegel bei -70 dBm liegt, dann beträgt das resultierende Signal-Rausch-Verhältnis 15 dB. Dies würde sich dann in einer Signalstärke von 15 dB für diese drahtlose Verbindung niederschlagen.

SNR berechnen

SNR-Berechnungen können entweder einfach oder komplex sein, es hängt von den jeweiligen Geräten und Ihren verfügbaren Daten ab. Wenn Ihre SNR-Messungen also bereits in Dezibel vorliegen, können Sie die Rauschmenge vom gewünschten Signal subtrahieren: SNR = S - N. Ausserdem ist die Differenz der Zahlen gleich dem SNR. Sie messen z.B. ein Funksignal mit einer Stärke von -20 dB und ein Rauschsignal von -60 dB:

-20 - (-60) = 40 dB.

Bei komplexen Berechnungen dividiert man den Wert des gewünschten Signals durch den Betrag des Rauschens und nimmt dann den gemeinsamen Logarithmus des Ergebnisses, d.h. log (S ÷ N). Wenn die Signalstärke in Watt (Leistung) gemessen wird, multipliziert man anschliessend mit 20. Wenn es sich jedoch um Spannungseinheiten handelt, dann wird mit 10 multipliziert. Zusammenfassend:

SNR für die Leistung [W] = 20 log (S ÷ N)

SNR für die Spannung [V] = 10 log (S ÷ N)

Die sich daraus ergebende Berechnung ist das SNR in dB. Zum Beispiel beträgt der gemessene Rauschwert (N) VN = 2µV und das Signal (S)  VS = 300mV. Demzufolge beträgt das SNR:

10 log (0.3 ÷ 0.000002) resp. --> 62 dB.

Die Bedeutung der genauen Berechnung des Signal-Rausch-Verhältnisses ist für das Endziel effizienter und genauer Designs unerlässlich. Darüber hinaus wird die Berechnung des SNR auch Einblicke in die Designfunktionalität und Designleistung geben.

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