バックグラウンド
時間領域パルスの取得は、多くのアプリケーションで一般的な測定であり、多くの場合、パルス特性は固定ベースライン (DCレベル) を基準にして決定されます。 誤った読み取りやパフォーマンスの低下を避けるために、このベースラインを高精度で測定することが重要です。
コンポーネントの経年劣化、温度変化、パターンノイズなどの要因はすべて、ベースライン測定の精度に悪影響を及ぼし、多くの場合、ベースラインの変動/ドリフトを引き起こします。 ベースラインの変動を追跡して除去することは非常に重要です。そうしないと、パルスの欠落、誤ったパルスの誤検出、およびパルス特性の誤った分析につながる可能性があるためです。
ベースラインの変動に対処する方法
ベースラインの変動は、ゆっくりとドリフトする DCレベルで構成され、多くの場合、タイムインターリーブされた A/Dコンバータ (ADC) によって引き起こされるジグザグパターン (いわゆるパターンノイズ) と組み合わされます。タイムインターリーブは、高いサンプリングレートを実現するために、今日の高性能 ADC の多くで使用されている一般的な手法です。
図 1. ベースライン変動は、温度変化によりゆっくりとドリフトするDCレベル (左図) と、タイムインターリーブされたADCコア間の個々のDCオフセットの差から生じるジグザグパターン (右図) の組み合わせにより生じます。
ベースラインの変動を除去しシステムの感度を向上させるには、これらの要因の両方を考慮する必要があります。追跡と修正は、修正されたデータストリームをホストPCに転送し、リアルタイムで実行する必要があります。特に信号対雑音比 (SNR) を改善するために多くのサンプルが後で平均化されるシステムでは、補正が高精度で行われることも重要です。
デジタルベースラインスタビライザー (DBS)
Teledyne SP Devices社のDigital Baseline Stabilizer (DBS) テクノロジは、時間領域アプリケーション用のすべてのファームウェアパッケージに組み込まれています。ベースラインの変動を高精度でリアルタイムに除去し、測定の中断やキャリブレーション信号を必要とせずにバックグラウンドで動作します。DBSは、不要な変動を除去してベースラインを安定させ、そのレベルをユーザー定義の目標値に調整します。これにより、最小のパルスを捕捉し、ダイナミックレンジを拡大し、パルス解析の精度を向上させることができます。
図 2. DBS は常にアクティブであるため、ベースライン変動を自動的かつ継続的に監視し、時不変の動作を修正します。
ベースラインドリフトの補正に加えて、DBSはタイムインターリーブADCの個々のADCコア間のオフセットエラーも補正します。エラーはデジタル化された波形に表示され、通常はジグザグパターンとして表示されるため、パターンノイズと呼ばれます。これらのエラーは重大なノイズ源になる可能性があるため、修正しないままにしておくと、ベースラインが大きく歪む可能性があります。
図 3. 左の画像: DBS (青) を使用すると、パターンノイズに起因するノイズレベル (黒) が大幅に減少します。右の画像: 拡大すると、インターリーブされた4つのADCコアによるジグザグパターンが明らかになります。
DBSの一般的なアプリケーション
高いサンプリングレートと高分解能の組み合わせにより、さまざまなアプリケーション分野に進歩をもたらしました。ただし、感度が高くなると、アナログの不完全性による悪影響がより顕著になり、システム全体のパフォーマンスが制限される可能性があります。ベースライン変動も例外ではないため、DBSは幅広いアプリケーションで多くのお客様に使用されています。ここではいくつかの例を示します：
● LiDAR
LiDARでは、高性能デジタイザを使用して戻りパルスをキャプチャして分析することが重要です。ターゲットの特性はリターンパルスの形状に影響し、複数のターゲットが短い距離で離れていると複雑な波形が生成されます。さらに、戻り信号の振幅は非常に小さいことが多く、特に信号強度が水中で指数関数的に減衰する深浅測量システムでは顕著です。LiDARのベースライン変動により波形が歪む可能性があり、解析が不正確になりパフォーマンスが低下する可能性があります。当社のLiDARのお客様は通常、ADQ14またはADQ7DCデジタイザのいずれかで組込みDBS機能を使用しています。
● 飛行時間型質量分析 (TOFMS)
TOFMSでは、優れた質量分解能を達成するために高いサンプリングレートが重要であり、広いダイナミックレンジは質量濃度の正確な測定を可能にします。TOFMSのベースライン変動は、これらのパラメータの両方に悪影響を与えるため、除去する必要があります。当社のお客様は通常、ADQ7DCまたはADQ14のDBS を、パルス検出 (FWPD) またはリアルタイム波形平均化 (FWATD) 用のオプションのファームウェアパッケージと組み合わせて使用します。