Grâce à une option du micrologiciel embarqué sur les cartes de numérisation haute vitesse M5i de l’allemand Spectrum Instrumentation, ces dernières peuvent désormais réaliser une moyenne de sommation intégrée, un outil utile pour réduire le bruit de signal indésirable, tout en améliorant la résolution de mesure, la plage dynamique et le rapport signal sur bruit (SNR). Cette fonction de calcul est mise en œuvre sur un FPGA embarqué sur la carte (sans que Spectrum n’indique le fournisseur de ce composant programmable).

Ainsi, les numériseurs M5i sont capables de réaliser un échantillonnage temps réel des données d’entrée (bande passante de 2 GHz) à des vitesses allant jusqu'à 6,4 Géch./s pour une résolution de 12 bits, et de les restituer sur une station hôte à travers un bus PCI Express à une vitesse de 12,8 Go/s. Quant à la moyenne des signaux acquis, elle est exécutée à un taux record - dixit Spectrum - de 15 millions d'événements par seconde.

« Le traitement des données fondé sur un FPGA permet un moyennage ultrarapide, même sur des formes d'onde complexes et longues, précise Oliver Rovini, directeur de la technologie chez Spectrum. En fait, il y a suffisamment de puissance de traitement disponible pour les formes d'onde moyennes qui contiennent jusqu'à 1 Méch./s par acquisition. Le résultat est un ensemble de moyennage pour ceux qui travaillent sur des signaux haute fréquence ou des impulsions très étroites de faible niveau ou lorsque les détails du signal sont perdus en raison de quantités élevées de bruit. »

Pour rappel, la moyenne de sommation est une technique de traitement courante dans le domaine temporel qui est utilisée pour réduire la composante de bruit aléatoire (non corrélée) d'un signal, améliorant son rapport signal sur bruit (SNR), tout en augmentant en même temps la capacité d'un numériseur au niveau de la résolution de mesure et de la plage dynamique.

Par exemple, un signal de bas niveau d’environ 3 mV peut être complètement noyé dans un bruit aléatoire (figure ci-contre). Dans ce cas, alors que le signal source n'est même pas visible dans l'acquisition monocoup d'origine, une moyenne de 10 fois montre qu'il existe en fait un signal avec 5 pics, et une moyenne de 1000 fois améliore encore la qualité du signal, révélant la forme réelle du signal, avec des pics secondaires.

Pour améliorer encore la capacité de calcul de la moyenne et permettre aux numériseurs de la série M5i de détecter et de calculer la moyenne des événements rares qui pourraient autrement être perdus dans un bruit de fond excessif, l’option logicielle proposée comprend une technique de suppression des données appelée “moyenne définie par seuil” (TDA, Threshold Defined Averaging). Cette technique TDA permet à l'utilisateur de définir un niveau de seuil afin que seuls les échantillons de forme d'onde dépassant le niveau contribuent à la forme d'onde accumulée. Les échantillons de bruit de base, ceux qui tombent en dessous du niveau défini, sont ensuite supprimés en étant définis sur zéro ou, en alternative, sur une valeur définie par l'utilisateur (figure ci-dessous).

Cette option de calcul de moyenne (M5i.33xx-spavg) est désormais disponible pour la série M5i.33xx de numériseurs PCIe haute vitesse de Spectrum.