Чижма С.Н. - Основы схемотехники 2008 (1055377), страница 47
Текст из файла (страница 47)
енте избыточной дискретизации. Он не только ограничивает полосу пропусканця сигнала, но также задает форму кривой распределения шума квантования таким образом, что большая ее часть выходит за пределы этой полосы пропус капля, как это показано на рис,19.10, в, Е В методе избыточной дискретизации типичное значение коэффицпентй избьпочности составляет 256 и более. Применяя обработку, обеспечившолзую оптимальное формирование спектра шума, можно достичь разрешения в 18 бит и более при 1-разрядном преобразователе (1-разрядный АЦП вЂ” обыкновен. ный аналоговый компаратор).
Отличительной чертой 1-разрядного АЦП по сравнению с многоразрядныкш преобразователями является то, что в нем одни и те же аналоговые компоненты используются многократно в течение интервала времени между появленвем -,"': выборок на выходе. Аналоговое входное напряжение преобразуется в цифровыв биты по принципу повторного использования компонентов снова и снова, а ве ", ~;::; посредством применения различных элементов, относящихся к различным ':,',".„ значениям, как ого делается в многоразрядном преобразователе.
Большая тактовая частота, с которой осуществляются повторения, позволяет достичь высокой .::. -,::: точности, несмотря на разброс элементов компонентов. Если посмозреть на сигнал, прошедший 1-разрядное преобразование, на частоте, равной частоте взятия выборок при избыточной дискретизации, то:.'.!:! можно увидеть повышенную концентрацию двоичных единиц, когда аналого-,: ..,';,.
вый сигнал имеет большое значение, и повышенную концентрацию нулей, ко~да величина напряжения на входе мала. На рис.19.11 представлена функциональная схема ЕЬ-АЦП. Дифферент циалыл |й усилитель на входе непрерывно сравнивает входной сигнал с напржке- -:,';.'.„:: нием на выходе ! -разрядн ого цАП, который в типичном случае работает на частоте в 256 раз большей, чем требуемая частота окончательных выборок на цифровом выходе. Например, при частоте окончательных выборок 44,1 кГц тактовая частота внутренней избьпочной дискретизации должна равняться 11,2896 МГц.
Сигнал выхода дифференциального усилителя интегрируется и подается на компаршор, а выходной сигнал комп ар атора сэр о 6 ируегся с частотой избьпочной дискретизашш Если сигнал на выходе интегратора больше 0 В, то на выходе компаратора идет посох двоичных единиц, а если оно меньш~ 0 В, то результатом будет последовательность нулей. Компаратор, по сушесгау, является 1-разрядным АЦП, и он генервь руст последовю сльиосзь единиц и нулей в соответствии с результатом нате грироваьнм выходного сигнала ли фференци альп ого усилителя. 270 РОРО «ОД Рис.
! 9. ! ! .ЕЛ-«««ЦП ; "';! ',':;;::-.: Петля обратной связи замыкает путем пода «и стробированного сигнала с -'~"-'.",'-!щ~д'йо«мпаратора на вход 1-разрядного ЦАП. Это приводит к тому, что на "-?'~ийзд«Едифференциального усилителя возникает разность между мгновенным ;-„:-,,тй!йдвтнтем.напряжения на аналоговом входе и средним значением аналоговых :!;"~'а~~!у«уя!пепосредственно предшесгвующихданному моменту времени. Петля ,';, '!~ф~ .днфференциальный усилитель — компаратор поддерживает нулевой заряд ," ' Рйй~денсаторе интегратора.
На стробированном выходе компаратора каждый -.':~:,,:-;~а!8$4Рдвдлетсв достаточное количество со значением клогическаа 1»з чтобы ',",'~~вировать заряд, поступивший в интегратор со стороны аналогового входа ;;;;;;аб дун«фференциальный усилитель. другими словами, на выходе логичес-';;М«ОР,-;а»г!емента И возникает поток битов, следующий с высокой частотой !в ,"»'.чО)К!««чном случае — 11,2896 МГц), причем плотность логи «еских единиц пропор:,.;.,и!йв«ртьна'напряжению на аналоговом входе "",;„",'' 'Чтобы выполнить преобразование потока битов в двои чное число, можно ':"-:.;В~4твГьзпваться счетчиком и регистром-защелкой. На практике это выполняет ",-"«.,'й««!а'гпмнп!ью цифрового фильтра нижних частот, на выходе которого вновь !:;'~~ЮсМыборки с частотой 44,! кГц.
Фильтр нижних частот сглаживает быст- .~::.'к~44вй««рвения в цифровом сигнале и, следовательно, осуществляет усреднение -"~: ~п:времени, подготавливая сигнал к тому, чтобы из него вновь могли :!$~бзй в!яты выборки с требуемой частотой. Эта процедура называется прорежи- . ',":::.~О ~~ФМ нли децимацией .'„"".;)!';:!;:-::-::=;::Допголиительный выигРыш, полУчаемый от пРименениЯ избыточной дис "".--"",.~~~Фидии, состоит в том, что исключаются сложные аналоговые фильтры, ",,:.''!т-:,-::,":::."."-;*;,4ймые для того, чтобы избежать перекрытия спектров 271 Сегодняшние высокоскоростные средства обработки сигналов позволяют':."! сделать преобразователи с избыточной дискретизацией не толысо более то шьь ми, чем многоразрядные схемы, но и более дешевыми, поскольку вмеото:-", трудно осуществимой точности значений параметров здесь требуется точность стробирования, а зто значительно проще.
Избыточная дискретизация в большой степени терпима к несовершенствам аппаратных средств. В общем случае„',:! отпадает необходимость схемы выборки-хранения, поскольку частота преобра .:.:;, зования входного сигнала исключительно велика по сравнению с частотой аналогового входного сигнала. Недостатком сигма-дельта АЦП является то, что при скачкообразгзом изменении входного сигнала они начинают давать результат только через трн,-.,', . четыре отсчета. В настоящее время ряд ведущих фирм-производителей АЦП полностью .
':, перешли в области аналого-цифрового преобразования высокого разрешения ":. на сигма-дель и АЦП. Эти АЦП имеют развитую цифровую часть, включающую микроконтроллер. Это позволяет реализовывать режимы автоматнческнй::.-: установки нуля, самокалибровки полной шкалы, хранить калибровочные козффициенты и передавать их по запросу внешнего процессора. С внедрением усовершенствованных АЦП и ЦАП различие между анало-, "; говыми и цифровыми сигналами становится почти незаметным. Конечно, нукно позаботиться о том, чтобы избежать перекрестных искажений при взаимодей-.
ствии аналоговой и цифровой частей в схеме, но преобразование сегодня все .': в большей степени сводится просто еше к одной интегральной микросхеме,- на печатной плате. Это способствует тому, что цифровая обработка сигналов .:.: применяется для выполнения все новых и новых функций в электронике. ГЛАВА 20 ЦИФРОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ 20.1. Цифровые сигналы ;"; -':::,;.;, -'>то'снх пор рассматривались главным образом схемы, входные и выход- - '-,'~>~~0,напряжения которых могли изменяться в определенном диапазоне значе,,":;;:'~р:-',ВПсцепи, интеграторы, выпрямители, усилители и т. п. Это естественно, ' ' )>>(уйчвентиалы, с которыми приходится иметь дело, либо являются непрерыв;,-;";)~)й(йи:но самой своей природе (например, звуковые), либо представляют со,:;>':;:;~~непрерывно менявшиеся напряжения, поступающие от измерительных ::;,:я>Ззйб)пэрбн(напрнгаер, от устройств для измерения температуры илн обнаруже:-".;;йц~ез)втового излучения, биологических или химических зондов и т, п.) ";ь"...;-.:" („.'~двако входной сигнал по своей природе может быль и чис~о дискрет '";.
'й(йбв)я,"например импульсы в детекторе частиц или нбиз ы» информации, посту",:;.-:>таз)жцззе от ключа, клавиатуры или ЭВМ. В подобных случаях естественно и >; ':;:,;:~НЕ(Использовать цифровую электронику, т. е, схемы, которые имеют дело -::.;:! С; 'знформацией, представленной в виде нединиц» или кнулей». Кроме того, ,;"':щжфбго чтобы непрерывную (аналоговую) информацию можно было обраба.: "'::)ьгяватть:на ЭВМ нли хранить в виде чисел, ее необходимо преобразовать в циф:..;.'";рви(уго форму и наоборот при помощи цифро-аналоговых (ЦАп) и знало>о:,,"~аЩРовых(АЦП)преобразователей -;:";:..;,:::::,.::;;:::Характерным примером может служить ситуация, в которой микропро,.:уйсяерр, нлн ЭВМ воспринимает сигналы от экспериментальной или промыш;, д)ай)аойуетановки, на основе полученных данных управляет параметрами экс,.Перймсита и хранит полученные результаты для последующего использования '„,3~одессе эксперимента Другим интересным примером, демонстрирующим возможности циф ' ',:~6>)ьзх'методов, является передача аналоговых сигналов без искажений, свя—:; з4~йьтя'с воздействием помех.
Так, например, звуковые и видеосигналы, пе- :"":-'(0~2Ф)ЙЕМь>е по кабелю или с помо>цью радиоволн, воспринимают "шум", ко ",, ~ФЪ>й потом нельзя отделить от полезно > о си гнал а :~,;:::"-:,=~:-::,::!::::; ' .Если же передаваемый сигнал преобразовать в ряд чисел, определяю- "МХ'еГо амплитуду в последовательные моменты времени, а затем эти числа :„'Нтчедавать а виде цифровых сигналов, то аналоговый сигнал, восстановлен :,.'~)йй нза приемной стороне (с помощью ПАП), пе будет содер>кать ошибок ,.
ЛИГКОнечно, уровень шума в канале связи не настолько высок, побы поме :;.,;",:..."ьпранильному распознаванию "единиц" и "нулей' 273 Этот метод, известный под названием импульсно-кодовой модуляции' '~;:-. (ИКМ), особенно эффективен в том случае, когда сигнал должен проходит„, через ряд ретрансляторов, как, например, при межконтинентальной телефо„„;"-, ной связи.
Это связано с тем, что восстановление цифрового сигнала в кааь дом пункте ретрансляции гарантирует помехоустойчивую передачу. С помо.... шью ИКМ космические зонды передают на землю данные и изображения Возможности цифровой аппаратуры настолько велики, что задачи. пред. назначенные зачастую только для аналоговых методов„зачастую гораздо луч'.;,',,',-::,-,'. ше решаются цифровым путем. Например, в аналоговом измерителе темпера,—:;."'~ туры можно установить микропроцессор и память и в результате этого повьь:: .,':-.':,'.: сить точность измерений за счет компенсации нелинейности прибора. Подоб::.;::.": ные применения микропроцессоров ввиду их широкой доступности стали обьвг: ",:,.:,...' ным делом. Однако вместо того, чтобы пытаться перечислить все случаи, где:, 1 может применяться цифровая электроника, перейдем лучше к ее изучению, В .'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
