信噪比(Signal-to-Noise Ratio，簡稱 SNR)是信號傳輸和測量過程中的一個(gè)重要指標(biāo)，用于衡量有用信號與背景噪聲之間的強(qiáng)度比值。這一概念最早起源于通信領(lǐng)域，用以描述信號在傳輸過程中所受噪聲干擾的程度。隨著技術(shù)發(fā)展，其應(yīng)用已擴(kuò)展至音頻處理、視頻處理、圖像分析、科學(xué)實(shí)驗(yàn)等諸多領(lǐng)域，成為評價(jià)信號質(zhì)量與系統(tǒng)性能的核心參數(shù)。

信噪比的核心在于用信號與噪聲的量化比值來評估信號在噪聲環(huán)境下的質(zhì)量，通常以分貝(dB)表示;數(shù)值越高，信號相對噪聲越強(qiáng)，信號質(zhì)量越優(yōu)。我們舉一個(gè)可視化的信噪比案例，可以直觀地觀察到信噪比對信號采集的影響!

通過圖像我們可以看到，信噪比越高，觀察到的圖像會越清晰，呈現(xiàn)的細(xì)節(jié)就會越多，所以信噪比一般來說是越大越好。然而，任何技術(shù)參數(shù)都存在最優(yōu)值，信噪比亦然，并不是越大越好。我們以光電倍增管的信噪比為例，來分析一下!

此時(shí)光電倍增管的信噪比，可以用以下的公式表示：

光電倍增管的暗電流比較低，我們可以忽略，此時(shí)信噪比可以用以下的公式表示：

光電倍增管的信號可以用下式表達(dá)：

光電倍增管的噪聲可以用下式表達(dá)：

根據(jù)以上的公式，我們可以得到光電倍增管的信噪比公式：

由上式我們可以看出，SNR和陰極電流的平方根成正比，與帶寬B的平方根成反比，其中δ是光電倍增管的二次電子發(fā)射系數(shù)，一般為6，我們帶入公式可以得到新的信噪比公式為：

在不考慮光電倍增管的噪聲和系統(tǒng)的噪聲下，光電倍增管的信噪比和陰極電流、帶寬有關(guān)，所以如果需要好的信噪比，我們需要提高光電倍增管的陰極電流輸出，也就是選擇高量子效率的光電倍增管，同時(shí)在滿足系統(tǒng)帶寬的要求下，選擇更低的帶寬。

光電倍增管的陰極電流和波長、陰極材料、光的損耗和傳輸損耗都有直接的關(guān)系，理想的情況是，根據(jù)我們測試光波長，選擇一款量子效率最好的探測器，同時(shí)將探測的光信號，能夠更多地導(dǎo)入探測器中，減少損失，這樣的話，輸出的陰極電流信號就會越強(qiáng)，這對我們的選型和光路設(shè)計(jì)都提出了高的要求。

在許多高速測量場景中，信噪比和帶寬二者不可兼得：若一味追求高信噪比，帶寬會被迫降低，從而影響高速測量;若一味擴(kuò)大帶寬，信噪比又會明顯劣化。因此，信噪比這一參數(shù)并非越大越好，而應(yīng)當(dāng)在當(dāng)前系統(tǒng)條件下，綜合考慮帶寬與噪聲，設(shè)計(jì)符合需求的整體指標(biāo)，最終尋得一個(gè)合適的信噪比值。

審核編輯 黃宇