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SINAD: Guía de definición, fórmula y medidas

En este artículo, aprenderá qué mide SINAD y cómo evalúa la calidad general de la señal teniendo en cuenta tanto el ruido como la distorsión.Verá cómo funciona el proceso de medición, desde aplicar un tono de prueba limpio hasta separar los componentes no deseados y convertir los resultados a decibelios.También comprenderá en qué se diferencia SINAD de SNR, THD y ENOB.Además, el artículo describe dónde se usa comúnmente SINAD en sistemas electrónicos, de audio y de comunicación.

Catálogo

Figura 1. Diagrama de comparación de señales SINAD

¿Qué es el SINAD?

SINAD (relación señal-ruido y distorsión) mide la pureza de una señal comparando la salida deseada con el ruido y la distorsión combinados introducidos por un dispositivo o receptor.Como se muestra en la figura, una señal transmitida limpia contiene solo el tono principal, mientras que la salida recibida a menudo incluye armónicos y ruido de fondo que reducen la claridad general de la señal.Expresado en decibelios (dB), SINAD proporciona una forma precisa de evaluar la calidad de la señal, la sensibilidad del receptor y el rendimiento de los sistemas de comunicación y audio.

Diagrama del sistema de medición SINAD

Figura 2. Diagrama del sistema de medición SINAD

El diagrama anterior ilustra una configuración de medición SINAD estándar y muestra cómo cada etapa procesa la señal durante la prueba.Una configuración típica de medición SINAD incluye:

• Generador de señal: produce un tono de referencia limpio

• Dispositivo bajo prueba (DUT): comúnmente un receptor de radio, un amplificador o un ADC

• Filtro de paso de banda o muesca: aísla o elimina la frecuencia

• Analizador de audio/medidor SINAD: mide el ruido total y la distorsión

• Monitoreo de salida: verifica la potencia de la señal durante las pruebas.

La fórmula SINAD

La ecuación estándar para SINAD es:

donde:

• Señal – Tono deseado

• Ruido: ruido de fondo o térmico

• Distorsión – Armónicos y no linealidades

Algunos analizadores utilizan una forma basada en potencia:

Un SINAD alto significa que el ruido y la distorsión representan sólo una pequeña parte de la salida total, lo que refleja un mejor rendimiento del sistema.

¿Cómo funciona el SINAD?

SINAD funciona midiendo la cantidad de ruido y distorsión no deseados que aparecen junto con una señal limpia después de pasar por un dispositivo o receptor.Para comenzar, se inyecta un tono de prueba limpio en el dispositivo bajo prueba (DUT), asegurando que cualquier cambio en la salida provenga del propio sistema.Luego, el analizador examina el espectro de salida e identifica la señal, cualquier distorsión armónica y el ruido de banda ancha introducido por la electrónica.

A continuación, un filtro de muesca o un algoritmo digital elimina el tono, dejando atrás sólo los componentes de ruido y distorsión.Este resultado filtrado muestra cuánto se ha degradado la señal original a medida que avanzaba por el sistema.Finalmente, el analizador compara el ruido restante + la distorsión con la señal de salida total para calcular el valor SINAD en decibelios (dB).

Debido a que SINAD tiene en cuenta tanto el ruido como todas las formas de distorsión, ofrece una imagen realista y completa de la verdadera calidad de la señal.Esto lo hace valioso para evaluar la sensibilidad del receptor, la fidelidad del audio y el rendimiento dinámico de los ADC y otros equipos de comunicación o procesamiento de señales.

¿Cómo se mide el SINAD?

Después de comprender cómo funciona SINAD, el siguiente paso es examinar cómo se mide SINAD en la práctica.La siguiente figura ilustra una configuración de medición SINAD típica y muestra cómo la señal se mueve a través de cada etapa del equipo.

Figura 3. Diagrama de bloques de medición SINAD

Paso 1: aplique un tono de prueba conocido

Usted comienza la medición SINAD enviando una señal de prueba limpia y conocida desde su generador de señal al receptor.Suele ser un tono de 1 kHz para pruebas de audio o una portadora de RF modulada para sistemas de comunicación.Al utilizar una entrada controlada, se asegura de que cualquier ruido o distorsión que mida posteriormente provenga del dispositivo bajo prueba (DUT) y no de la fuente.

Paso 2: capturar la señal de salida

Una vez que la señal de prueba pasa a través del receptor, se mide la salida completa, que incluye la señal principal, la distorsión armónica y cualquier ruido térmico o eléctrico agregado por el circuito.Esto le brinda una visión clara de cómo el receptor altera el tono original y permite que el medidor SINAD detecte intermodulación y otros componentes no deseados.En el diagrama, esto corresponde a la ruta de medición “Señal + Ruido + Distorsión”.

Paso 3: quitar el tono

Para aislar el ruido y la distorsión, dirige la salida a través de un filtro de muesca que elimina el tono de prueba principal.El filtro suprime drásticamente la frecuencia y deja intactos los componentes no deseados.Esto le brinda una medición limpia solo de Ruido + Distorsión, como se muestra en la segunda ruta del diagrama.

Paso 4: Calcule la relación SINAD

Con ambas mediciones capturadas, ahora puede comparar el nivel de Ruido + Distorsión con la salida completa que contiene Señal + Ruido + Distorsión.Esta comparación muestra qué parte de la salida del receptor es una señal limpia y utilizable frente a artefactos no deseados.Si el ruido y la distorsión son altos, el valor SINAD cae, lo que indica una calidad de señal más baja.

Paso 5: convierta el resultado a decibeles

Finalmente, convierte la relación SINAD en decibeles (dB) para que sea más fácil comparar el rendimiento entre diferentes sistemas.El uso de dB le ayuda a evaluar rápidamente la sensibilidad del receptor, la claridad del audio y el rendimiento general del dispositivo.Un valor SINAD más alto significa que su sistema ofrece una mejor pureza de señal con menor distorsión.

Problemas que afectan al SINAD

Varios factores pueden reducir el rendimiento de SINAD:

• Ruido eléctrico (ruido térmico, EMI, interferencias)

• Distorsión armónica de amplificadores o no linealidad del ADC

• Ruido de fase en osciladores de RF

• Filtrado insuficiente en los receptores.

• Problemas de conexión a tierra y blindaje

• Limitaciones de ancho de banda

• Desajuste de impedancia

SINAD frente a SNR frente a THD frente a ENOB

SINAD, SNR, THD y ENOB son mediciones relacionadas, pero cada una describe la calidad de la señal de una manera diferente.Comprender sus diferencias hace que sea más fácil saber qué métrica utilizar para las pruebas o análisis.La siguiente tabla resume cómo se comparan.

Aspecto	SINAD	SNR	THD	ENOB
Definición	proporción de señal a ruido y distorsión combinados	proporción de señal a ruido solamente	proporción de armónicos a fundamental	Efectivo resolución derivada del SINAD
Primaria Enfoque	totales rendimiento dinámico	Ruido pureza	Linealidad y distorsión armónica	Realista rendimiento de bits
Salida Unidad	dB	dB	dB o %	bits
Análisis Ancho de banda	entero contenido espectral excepto DC	Ruido solo banda	armónico frecuencias	Basado en el ancho de banda SINAD
Ruido Inclusión	si	si	No	indirecto
distorsión Inclusión	Todos tipos	Ninguno	Armónicos	indirecto
Medición Método	FFT con extracción de ruido + distorsión	FFT excluyendo armónicos	FFT medir amplitudes armónicas	Calculado usando fórmula
Requerido Señal de prueba	puro tono cerca de escala completa	Lo mismo tono como SINAD	puro seno	Sigue prueba SINAD
Requerido Instrumentación	Alta resolución analizador FFT	Espectro analizador o ADC FFT	armónico configuración de medición	Calculadora solo
Aplicaciones	CAD/CAD validación, receptores RF, audio	Bajo nivel de ruido Prueba de amplificador, piso de ruido ADC	Amplificador linealidad, pureza de audio	Convertidor selección y diseño de presupuestos.

Aplicaciones del SINAD

RF y comunicación inalámbrica

SINAD se utiliza ampliamente en sistemas inalámbricos y de RF para evaluar qué tan bien un receptor puede detectar señales débiles.Ayuda a determinar la sensibilidad del receptor mostrando cuánto ruido y distorsión están presentes después de la demodulación.Esto convierte a SINAD en una métrica clave para evaluar el rendimiento general de RF en entornos.

Caracterización de ADC y DAC

Muchos usan SINAD para verificar la linealidad y precisión de los ADC y DAC durante las pruebas.Muestra cuánto ruido y distorsión afectan la salida del convertidor.Al analizar SINAD, puede determinar la verdadera resolución utilizable del dispositivo.

Pruebas de equipos de audio

SINAD mide la claridad y pureza de las señales de audio en equipos como amplificadores, mezcladores y dispositivos de grabación.Destaca la distorsión no deseada y el ruido de fondo que afectan la calidad del sonido.Con esta métrica, puede verificar que los sistemas de audio brinden una salida limpia y precisa.

Diseño de sistemas electrónicos

SINAD ayuda a identificar problemas de filtrado, conexión a tierra y blindaje dentro de los circuitos electrónicos.Al analizar la calidad de la señal, puede optimizar el diseño y reducir las interferencias no deseadas.Esto garantiza un rendimiento del sistema más estable y fiable durante el funcionamiento.

Calibración de equipos de medición

SINAD se utiliza para confirmar que los analizadores, radios e instrumentos de prueba funcionan dentro de la precisión especificada.Verifica que los niveles de ruido y distorsión se mantengan dentro de límites aceptables.La calibración regular con SINAD garantiza resultados de medición consistentes y confiables.

Conclusión

SINAD sirve como un indicador integral de la calidad de la señal porque tiene en cuenta tanto el ruido como la distorsión en una sola medición.Los pasos detallados del proceso muestran cómo un sistema modifica una entrada limpia y cómo estos cambios afectan el rendimiento.Su comparación con otras métricas aclara el valor específico que proporciona SINAD al evaluar el comportamiento dinámico.Las diversas aplicaciones demuestran su importancia en las pruebas, la calibración y el diseño de sistemas electrónicos confiables.