К ошибкам возникающим при аналого цифровом преобразовании не относятся - ErrorsMaster.ru

Новичок

Регистрация: 24.12.2012

Сообщений: 6

Сказал спасибо: 1

Поблагодарили 36 раз(а) в 5 сообщениях

Часть 1. Ответил на 5

1.Отношение абсолютной погрешности к номинальному (желаемому) значению выходной величины называется
Относительной погрешностью
2.Выделяют следующие классы АСУ ТП:
Локальные, централизованные и распределенные системы управления
3.Разность между действительным значением выходной величины и его номинальным значением называется
Абсолютной погрешностью
4.Погрешности делятся на
Основные и дополнительные
5.Совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по регламенту процесса производства называется
ТОУ
6.К статическим характеристикам датчиков не относится
Реальные нереверсивные
7.ГСП подразделяют на самостоятельные ветви по видам энергии. Какая из них не используется
Атомная
8. Какая из совместимостей не обеспечивается комплексами ГСП
Математическая
9.Отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению называется
Приведенной погрешностью
10.Применение компенсационной схемы не приведет к:
Получению реверсивной характеристики

Часть 2. Ответил на 4

1.К недостаткам дифференциального индуктивного датчика относятся:
Большая инерционность, большие размеры, небольшой кпд.
2.К недостаткам емкостного датчика относятся:
Необходимость усиления снимаемого сигнала, необходимость тщательной экранировки датчика, применение высокочастотного источника
3.К параметрическим датчикам не относятся:
Термоэлектронные
4.К недостаткам термоэлектронного преобразователя относятся:
Табличная градуировка, слабый сигнал и низкая чувствительность, большая инерционность, необходимость фиксации температуры холодного спая
5.К недостаткам металлических термосопротивлений относятся:
Большие габариты, большая инерционность, малая величина R, окисляемость.
6.К параметрическим датчикам не относятся:
Термоэлектронные
7.К недостаткам полупроводниковых тензодатчиков относятся:
Ограниченный температурный диапазон без внешней компенсации, наличие гистерезиса, хрупкость
8.К недостаткам проволочных тензометрических датчиков относятся:
Малая чувствительность температурная погрешность
9.К недостаткам резистивных ИП относятся:
Пониженная надежность, износ, контактное сопротивление, относительно большие перемещения и малая скорость движка, дискретность
10.К недостаткам полупроводниковых терморезисторов относятся:
Более узкий рабочий диапазон, нелинейность, большой разброс значений

Часть 3. Ответил на 4

1.При генераторном режиме работы ДПТ механическая мощность потребляемая от источника не зависит от:
Потерь во внешней электрической цепи
2.При постоянном магнитном потоке Ф ЭДС якоря машины
пропорциональна частоте вращения ротора
3.Режим, при котором электромагнитный момент машины М совпадает по направлению со скоростью, а ЭДС якоря Ея направлена встречно току якоря называется:
Двигательным режимом
4.Аналого-цифровое преобразование содержит следующие фазы:
Дискретизацию по времени, квантование по уровню, цифровое, двоичное кодирование
5.К преимуществам ДПТ перед другими видами ИЭ не относятся:
Наличие щеточно-коллекторного устройства
6.Преимущества цифровой формы:
Большая помехоустойчивость; простота передачи на расстояние.
7.Исполнительные элементы по виду используемой энергии делятся на группы:
Электрические, пневматические и гидравлические.
8.Режим, при котором ток якоря Iя и ЭДС Ея совпадают по направлению, а электромагнитный момент, развиваемый машиной, противоположен по направлению вращению ротора называется:
Генераторным режимом
9.К ошибкам, возникающим при аналого-цифровом преобразовании не относятся:
Ошибки метода
10.К основным характеристикам ИЭ не относятся:
Ремонтопригодность и обслуживаемость

Часть 4. Ответил на 4

1.Для пуска и остановки двух и трехфазных асинхронных двигателей используют следующие виды контакторов
Магнитный пускатель
2.Устройство для автоматической коммутации электрических цепей по сигналу управления называется
Реле
3.Различают следующие статические режимы АД:
Режим генераторного торможения, режим торможения противовключением, установившийся режим.
4.К режимам работы ШД не относятся:
Переходный режим
5.Преимущества АД перед ДПТ:
Малая инерционность, бесконтактность, дешевизна.
6.По времени срабатывания реле подразделяются на:
Безинерционные, быстродействующие, замедленные, реле времени.
7.Максимальная величина электрической мощности, коммутируемая в управляемой цепи, называется
Мощностью управления
8.Недостатки АД в сравнении с ДПТ:
Большие тепловые потери, малый пусковой момент, нелинейные характеристики
9.К достоинствам гистерезисного двигателя не относятся:
Значительный нагрев ротора.
10.Минимальная электрическая мощность, которая должна быть подведена к реле от управляющей цепи для приведения в действие управляющей цепи, называется
Мощностью срабатывания

Итоговое тестирование сдал на 4

1.Достоинства полупроводниковых тензодатчиков:
Высокая тензочувствительность, компактность, малая погрешность (до 0,1%), быстродействие. большой срок службы
2.Достоинства термометров сопротивления:
Простота конструкции, возможность получения достаточно прямолинейной характеристики.
3.К основным характеристикам ИЭ не относятся:
Ремонтопригодность и обслуживаемость
4.Комплексы ГСП должны обеспечивать следующие совместимости:
Информационную, эксплуатационную, конструктивную, метрологическую.
5.Режим, при котором электромагнитный момент машины М совпадает по направлению со скоростью, а ЭДС якоря Ея направлена встречно току якоря называется:
Двигательным режимом
6.Устройство для автоматической коммутации электрических цепей по сигналу управления называется
Реле
7.Достоинства потенциометрических датчиков:
Простота конструкции, возможность получения достаточно прямолинейной характеристики, стабильность характеристик, значительная величина выходного сигнала.
8.При генераторном режиме работы ДПТ механическая мощность потребляемая от источника не зависит от:
Потерь во внешней электрической цепи
9.К режимам работы ШД не относятся:
Переходный режим
10.К статическим характеристикам датчиков не относится
Реальные нереверсивные
11.Недостатки АД в сравнении с ДПТ:
Большие тепловые потери, малый пусковой момент, нелинейные характеристики
12.Отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению называется
Приведенной погрешностью
13.К генераторным датчикам не относятся:
Трансформаторные
14.ГСП подразделяют на самостоятельные ветви по видам энергии. Какая из них не используется
Ядерная
15.По времени срабатывания реле подразделяются на:
Безинерционные, быстродействующие, замедленные, реле времени.
16.Функции типового обеспечения АСУ ТП делятся на
Управляющие, информационные и вспомогательные

Последний раз редактировалось Maksimov73; 03.04.2014 в 09:29.

1. К основным характеристикам ИЭ не относятся:

*Точность отработки команды.

*Энергопотребление и кпд.

*Ремонтопригодность и обслуживаемость

*Весогабаритные показатели на 1 единицу мощности.

*Быстродействие, инерционность, зона нечувствительности

2. Минимальная электрическая мощность, которая должна быть подведена к реле от управляющей цепи для приведения в действие управляющей цепи, называется

*Мощностью срабатывания

*Мощностью управления

*Допустимой разрывной мощностью

*Мощностью реле.

*Минимальной мощностью реле

3. Функции типового обеспечения АСУ ТП делятся на

*Управляющие, информационные и вспомогательные

*Управляющие, информационные, технические и вспомогательные

*Управляющие, технические и вспомогательные

*Информационные, технические и вспомогательные

*Управляющие, информационные и технические

4. К параметрическим датчикам не относятся:

*Потенциометрические

*Термоэлектронные

*Тензорезистивные

*Индуктивные

*Емкостные

5. Максимальная величина электрической мощности, коммутируемая в управляемой цепи, называется

*Мощностью срабатывания

*Мощностью управления

*Допустимой разрывной мощностью

*Мощностью реле.

*Минимальной мощностью реле

6. Аналого-цифровое преобразование содержит следующие фазы:

*Дискретизацию по времени, цифровое, двоичное кодирование, запись двоичного кода на носитель

*Дискретизацию по времени, квантование по уровню, цифровое, двоичное кодирование, запись двоичного кода на носитель

*Дискретизацию по времени, квантование по уровню, запись двоичного кода на носитель *Квантование по уровню, цифровое, двоичное кодирование, запись двоичного кода на носитель

7. Устройство для автоматической коммутации электрических цепей по сигналу управления называется

*Реле

*Асинхронным двигателем.

*Синхронным двигателем

*Двигателем постоянного тока.

*Статором

8. К преимуществам ДПТ перед другими видами ИЭ не относятся:

*Линейность механических характеристик

*Хорошие регулировочные свойства

* Большой пусковой момент

*Высокое быстродействие.

*Наличие щеточно-коллекторного устройства

9. К статическим характеристикам датчиков не относится

*Реальные нереверсивные

*Линейные нереверсивные

*Реальные нелинейные

*Реверсивная

*Гистерезисная

10. При постоянном магнитном потоке Ф ЭДС якоря машины

*больше частоты вращения ротора

*Пропорциональна частоте вращения ротора

*Равна частоте вращения ротора

*Меньше частоты вращения ротора.

*Больше или равна частоте вращения ротора

11.Режим, при котором ток якоря Iя и ЭДС Ея совпадают по направлению, а электромагнитный момент, развиваемый машиной, противоположен по направлению вращению ротора называется:

*Двигательным режимом

*Генераторным режимом

*Стартерным режимом

*Режимом пассивной работы.

*Режимом активной работы

12. К ошибкам, возникающим при аналого-цифровом преобразовании не относятся:

*Приборные ошибки АЦП

*Ошибки метода

*Ложные частоты

*Нелинейность характеристики; дрейф нуля.

*Нелинейность, большой разброс значений

13. Различают следующие статические режимы АД:

*Двигательный, режим генераторного торможения, режим торможения противовключением, установившийся режим.

*Двигательный, режим торможения противовключением, установившийся режим.

*Двигательный, режим генераторного торможения, режим торможения противовключением. *Двигательный, режим генераторного торможения, установившийся режим.

*Режим генераторного торможения, режим торможения противовключением, установившийся режим

14. Недостатки АД в сравнении с ДПТ:

*Малая инерционность, бесконтактность, дешевизна.

*Большие тепловые потери, малый пусковой момент, бесконтактность, нелинейные характеристики

*Большие тепловые потери, малый пусковой момент, нелинейные характеристики

*Малая инерционность, дешевизна, нелинейные характеристики

*Малая инерционность, бесконтактность, нелинейные характеристики

15. Достоинства полупроводниковых тензодатчиков:

*Простота конструкции, возможность получения достаточно прямолинейной характеристики, стабильность характеристик, значительная величина выходного сигнала.

*Простота конструкции, отсутствие гистерезиса, безинерционность, стабильность.

*Высокая тензочувствительность, компактность, малая погрешность (до 0,1%), быстродействие. большой срок службы

*Стабильность, линейность, большой диапазон, дешевизна (медь).

*Большой диапазон, стабильность, надежность

16. Достоинства термометров сопротивления:

*Простота конструкции, возможность получения достаточно прямолинейной характеристики. *Простота конструкции, отсутствие гистерезиса, безинерционность, стабильность.

*Высокая тензочувствительность, компактность, малая погрешность (до 0,1%), быстродействие. большой срок службы

*Стабильность, линейность, большой диапазон, дешевизна (медь).

*Большой диапазон, стабильность, надежность

17. Комплексы ГСП должны обеспечивать следующие совместимости:

*Информационную, эксплуатационную, конструктивную, метрологическую, аналитическую. *Информационную, конструктивную, метрологическую, аналитическую.

*Информационную, эксплуатационную, конструктивную, метрологическую.

*Информационную, эксплуатационную, метрологическую, аналитическую

*Информационную, эксплуатационную, конструктивную, аналитическую

18. Достоинства потенциометрических датчиков:

Простота конструкции, отсутствие гистерезиса, безинерционность, стабильность.

*Высокая тензочувствительность, компактность, малая погрешность (до 0,1%), быстродействие. большой срок службы

*Стабильность, линейность, большой диапазон, дешевизна (медь).

*Большой диапазон, стабильность, надежность

19. К генераторным датчикам не относятся:

*Термоэлектронные

*Тензорезистивные

*Пьезоэлектрические

*Индукционные

*Трансформаторные

20. ГСП подразделяют на самостоятельные ветви по видам энергии. Какая из них не используется

*Электрическая

* Пневматическая

*Ядерная

*Гидравлическая

*Не использующие вспомогательной энергии

21. По времени срабатывания реле подразделяются на:

*Безинерционные, быстродействующие, замедленные, реле времени, инерционные. *Быстродействующие, замедленные, реле времени, инерционные

*Безинерционные, замедленные, реле времени, инерционные

*Безинерционные, быстродействующие, реле времени, инерционные.

*Безинерционные, быстродействующие, замедленные, реле времени.

22. Режим, при котором электромагнитный момент машины М совпадает по направлению со скоростью, а ЭДС якоря Ея направлена встречно току якоря называется:

*Двигательным режимом

*Генераторным режимом

*Стартерным режимом

*Режимом пассивной работы.

*Режимом активной работы

23.Для пуска и остановки двух и трехфазных асинхронных двигателей используют следующие виды контакторов

*Поляризованное электромагнитное реле.

*Реле двухпозиционное.

*Трехпозиционное реле.

*Магнитный пускатель

*Реле с зоной нечувствительности

24. Преимущества АД перед ДПТ:

*Малая инерционность, бесконтактность, дешевизна.

*Малая инерционность, бесконтактность, дешевизна, нелинейные характеристики.

*Большие тепловые потери, малый пусковой момент, нелинейные характеристики

*Малая инерционность, дешевизна, нелинейные характеристики

*Малая инерционность, бесконтактность, нелинейные характеристики

25. К достоинствам гистерезисного двигателя не относятся:

*Простота.

*Надежность.

*Значительный нагрев ротора.

*Малый пусковой ток

*Сравнительно высокий КПД (до 60%)

26. К режимам работы ШД не относятся:

*Статический режим

*Квазистатический режим

*Установившийся режим

*Переходный режим

*Генераторный режим

27. Исполнительные элементы по виду используемой энергии делятся на группы:

*Электрические, пневматические, ядерные и гидравлические.

*Электрические, пневматические и гидравлические.

*Электрические, пневматические, атомные и гидравлические.

*Электрические, ядерные и гидравлические.

*Электрические, пневматические и ядерные.

28. При генераторном режиме работы ДПТ механическая мощность потребляемая от источника не зависит от:

*Потерь во внешней электрической цепи

*Потерь мощности в обмотке якоря

*Потерь холостого хода

*Электрической мощности в нагрузке

*Потерь в меди обмотки возбуждения.

29. Отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению называется

*Релейной погрешностью

*Относительной погрешностью

*Приведенной погрешностью

*Дополнительной погрешностью

*Нелинейной погрешностью

30. Выделяют следующие классы АСУ ТП:

*Локальные, централизованные и распределенные системы управления

*Локальные, централизованные, интегрированные и распределенные системы управления

*Локальные, интегрированные и распределенные системы управления

*Централизованные, интегрированные и распределенные системы управления

*Локальные, централизованные и интегрированные

31. Разность между действительным значением выходной величины и его номинальным значением называется

*Абсолютной погрешностью

*Относительной погрешностью

*Приведенной погрешностью

*Дополнительной погрешностью

*Нелинейной погрешностью

32. Погрешности делятся на

*Основные и дополнительные

*Основные, неосновные и дополнительные

*Линейные и дополнительные

*Основные, линейные и дополнительные

*Основные, реленйные и дополнительные

33. Совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по регламенту процесса производства называется

*ТОУ

*АСУ

*ТП

*РСУ

*САУ

*САПР

34 .Отношение абсолютной погрешности к номинальному (желаемому) значению выходной величины называется

*Релейной погрешностью

*Относительной погрешностью

*Приведенной погрешностью

*Дополнительной погрешностью

*Нелинейной погрешностью

35. ГСП подразделяют на самостоятельные ветви по видам энергии. Какая из них не используется

*Электрическая

*Пневматическая

*Атомная

*Гидравлическая

*Не использующие вспомогательной энергии

35. Какая из совместимостей не обеспечивается комплексами ГСП

*Информационная

*Математическая

*Конструктивная

*Метрологическая

*Эксплуатационная

36. Применение компенсационной схемы не приведет к:

*Получению реверсивной характеристики

*Увеличению чувствительности и точности

*Стабильности коэффициента преобразования

*Компенсации погрешностей

*Уменьшению нагрузки на датчик

37. К режимам работы ШД не относятся:

38. Недостатки АД в сравнении с ДПТ:

39. Режим, при котором электромагнитный момент машины М совпадает по направлению со скоростью, а ЭДС якоря Ея направлена встречно току якоря называется:

40 .Преимущества цифровой формы:

41. К недостаткам дифференциального индуктивного датчика относятся:

*Необходимость усиления снимаемого сигнала, необходимость тщательной экранировки датчика, применение высокочастотного источника

*Малая чувствительность температурная погрешность

*Табличная градуировка, слабый сигнал и низкая чувствительность, большая инерционность, необходимость фиксации температуры холодного спая

*Большая инерционность, большие размеры, небольшой кпд.

*Более узкий рабочий диапазон, нелинейность, большой разброс значений

42. К недостаткам емкостного датчика относятся:

*Малая чувствительность температурная погрешность

*Табличная градуировка, слабый сигнал и низкая чувствительность, большая инерционность *Большая инерционность, большие размеры, небольшой кпд.

*Более узкий рабочий диапазон, нелинейность, большой разброс значений

43. К недостаткам термоэлектронного преобразователя относятся:

*Необходимость усиления снимаемого сигнала, необходимость тщательной экранировки датчика, применение высокочастотного источника Малая чувствительность температурная погрешность

*Большая инерционность, большие размеры, небольшой кпд.

*Более узкий рабочий диапазон, нелинейность, большой разброс значений

44. К недостаткам металлических термосопротивлений относятся:

*Пониженная надежность, износ, контактное сопротивление, относительно большие перемещения и малая скорость движка, дискретность

*Малая чувствительность температурная погрешность

*Ограниченный температурный диапазон без внешней компенсации, наличие гистерезиса, хрупкость

*Более узкий рабочий диапазон, нелинейность, большой разброс значений

*Большие габариты, большая инерционность, малая величина R, окисляемость

45. К недостаткам полупроводниковых тензодатчиков относятся:

*Малая чувствительность температурная погрешность

*Ограниченный температурный диапазон без внешней компенсации, наличие гистерезиса, хрупкость

*Более узкий рабочий диапазон, нелинейность, большой разброс значений

*Большие габариты, большая инерционность, малая величина R, окисляемость

46. К недостаткам проволочных тензометрических датчиков относятся:

*Малая чувствительность температурная погрешность

*Ограниченный температурный диапазон без внешней компенсации, наличие гистерезиса, хрупкость

*Более узкий рабочий диапазон, нелинейность, большой разброс значений

*Большие габариты, большая инерционность, малая величина R, окисляемость

47. К недостаткам резистивных ИП относятся:

*Малая чувствительность температурная погрешность

*Ограниченный температурный диапазон без внешней компенсации, наличие гистерезиса, хрупкость

*Более узкий рабочий диапазон, нелинейность, большой разброс значений

*Большие габариты, большая инерционность, малая величина R, окисляемость

48. К недостаткам полупроводниковых терморезисторов относятся:

*Малая чувствительность температурная погрешность

*Ограниченный температурный диапазон без внешней компенсации, наличие гистерезиса, хрупкость

*Более узкий рабочий диапазон, нелинейность, большой разброс значений

*Большие габариты, большая инерционность, малая величина R, окисляемость

23.1. НАЗНАЧЕНИЕ,
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА Н КЛАССИФИКАЦИЯ

В
электронных системах одинаково широко
используется обра ботка информации,
представленной в аналоговой и цифровой
фор мах. Объясняется это тем, что
первичная, исходная информации о
различных физических величинах и
процессах носит, как пра вило, аналоговый
характер. Обработку же этой
информации и силу причин, рассмотренных
во введении, удобнее вести в цифрп вой
форме. Использование полученных после
цифровой обрабшки результатов также в
большинстве случаев требует их аналогонот
представления. Следовательно, любая
система, использующий

цифровые методы
обработки информации, должна содержать
устройства взаимного преобразования
аналоговых и цифровых сигналов. Роль
таких устройств выполняют аналого-цифровые
и цифро-аналоговые преобразователи
(АЦП и ЦАП).

Аналого-цифровой
преобразователь —
устройство, предназначенное для
преобразования непрерывно изменяющейся
во времени аналоговой физической
величины в эквивалентные ей значения
числовых кодов.

Цифро-аналоговый
преобразователь —
устройство, предназначенное для
преобразования входной величины,
представленной последовательностью
числовых кодов, в эквивалентные им
значения заданной физической величины.

В качестве аналоговой
физической величины, оговоренной в
данных определениях, в общем случае
могут фигурировать различные
параметры, например угол поворота,
линейное перемещение, давление
жидкости или газа и т. д. В дальнейшем
под этой величиной будем понимать
напряжение либо ток, которые, при
необходимости, можно легко преобразовать
в другие физические величины.

Основным вопросом,
с которым приходится сталкиваться при
проектировании и использовании ЦАП и
АЦП, янляется вопрос адекватности
полученного в результате преобр’аюнання
сигнала исходному физическому процессу,
т. е. вопрос точности преобразования.
Поэтому рассмотрим алгоритмы этих
преобразований с точки зрения погрешностей,
возникающих при их нмполнении.

Процесс
аналого-цифрового преобразования
предполагает
последовательное
выполнение следующих операций:

выборка значений
исходной аналоговой величины а
некоторые
наперед заданные дискретные моменты
времени, t
е. дискретизация сигнала по времени;

квантование
(округление до некоторых известных
величин) полученной в дискретные моменты
времени последовательности значений
исходной аналоговой величины по уровню;

кодирование —
замена найденных квантованных значений
некоторыми числовыми кодами.

Проиллюстрируем
эту последовательность действий с
помощью

Shc.
23.1. Пусть
задана некоторая аналоговая зависимость
и((). .ля
получения ее дискретного эквивалента
11{пТ_Л)
— [U{0),
f
(7″_я).
^{27″_д),…}
необходимо провести выборку ее значений
в дискретные моменты времени пТ_а,
где л = 0, 1,
2… целое число. Постоянная
величина 7*_д—
носит название периода выборки или
периода дискретизации,
а сам процесс замены исходной
аналоговой
функции н(г) некоторой дискретной
функцией U(nT&)
называется
дискретизацией сигнала во времени.
Следует отметить, что полученная
дискретная функция U(nT_a)
относительно
самого сигнала н(г)

Рис
23 I
К пояснению принципов аналого-цифрового
и цифро-аналогового преобразована
Й

носит по-прежнему
аналоговый характер, так как может
принимать бесконечное число различных
значений.

Операция квантования
по уровню дискретной функции и{пТ_я)
заключается
в отображении бесконечного множества
ее значений па некоторое конечное
множество значений U‘_a,
называемых
уровнями
квантования. Для
выполнения этой операции весь динамический
диапазон D
= U(пТ_л)_т»_к~
U(nTa,)m_in
изменения
дискретной функции (У(лГл) разбивают на
некоторое заданное число уровней N
и производят
округление каждой величины С(лГ_д)
до ближайшего уровня U.
Величина h
= DjN
носнт название
шага
квантования. Результатом
операции квантования по уровню является
дискретная функция U*_n,
которая может
принимать jV+
1 значение.

21
Процесс цифро-аналогового преобразования
предполагает
последовательное
выполнение следующих операций:

формирование в
заданном диапазоне изменения выходного
сигнала М
его дискретных
значений £/„, отличающихся на некоторое

значение а, и
постановка каждому сформированному
уровню в со-«тветствие некоторого
кода К*;

последовательное,
с заданным временным интервалом 7″],
присвоение
выходному сигналу значений выделенных
уровней, соответствующих входной
последовательности кодов К/.

Есл)
предположить, что a
— h
и
Т
= Т_Л,
то
результатом цифро-аналоюцого
преобразования полученной ранее
последовательности колон К» будет,
показанная на рис. 23.1, ступенчатая
функция V_n._
Эта функция,
хотя и непрерывна во времени, но остается
дискретной но уровню, что является
результатом погрешности, обусловленной
шумом квантования. Сам процесс
цифро-аналогового преобразования
не вносит собственных принципиальных
погрешностей, а лишь материализует
погрешности, полученные в АЦП. Реально
возникающие при преобразовании
погрешности носят чисто инструментальный
характер. Подводя итог сказанному,
отметим, что погрешности, обусловленные
самим алгоритмом работы, возникают
только на этапе аналого-цифрового
преобразования и их уменьшение требует
уменьшения периода дискретизации Т_а
и шага
квантования h.
Существует
большое число признаков, по которым
могут быть классифицированы ЦАП и АЦП.
Ниже остановимся на наиболее часто
встречающейся классификации, базирующейся
на реализуемом методе преобразования.
С этой точки зрения все существующие
ЦАП могут быть разделены на два класса:
устройства, реализующие метод
многократного суммирования одного
эталона; устройства, реализующие
метод суммирования нескольких различных
эталонов.

Цифро-аналоговые
преобразователи первого класса
используют при работе единственный
эталон, число повторений (суммирований)
которого определяется значением входного
единичного’ кода. Этот код подается на
вход ЦАП в последовательной форме.

Цифро-аналоговые
преобразователи второго класса имеют
число эталонов, равное разрядности
входного кода. Причем значения этих
эталонов пропорциональны величинам
весовых коэффициентов используемого
кода. Входной код подается на вход таких
ЦАП в параллельной форме. Следует
отметить, что в настоящее время
используются только ЦАП второго класса.

Интегральные схемы
ЦАП могут выполняться как функционально
завершенными, т. е. не требующими для
своей работы дополнительных элементов,
так и функционально незавершенными. В
последнем случае в качестве внешних
элементов, как правило, применяют
источник эталонного напряжения,
операционный усилитель, регистры и
т. д.

Работа с внешним
источником эталонного напряжения
позволяет разделить все ЦАП на две
группы: умножающие
— работающие
с изменяющимся во времени источником
эталонного сигнала, и неумножающие
— работающие
с эталонным источником, величина
которого в течение всего времени работы
устройства остается постоянной.

С позиции используемого
метода преобразования все АЦП делятся
на: устройства, реализующие метод
последовательного счета, устройства,
реализующие метод поразрядного
кодирования, устройства, реализующие
метод считывания.

Аналого-цифровые
преобразователи, работающие по методу
последовательного счета, осуществляют
уравновешивание входной аналоговой
величины суммой одинаковых эталонов.
Момент равенства этих величин
фиксируется сравнивающим устройством.
На выходе таких АЦП формируется
последовательный единичный код. Далее
этот код может быть преобразован к
любому требуемому виду.

Аналого-цифровые
преобразователи, работающие по методу
поразрядного кодирования, используют
несколько эталонов. Причем их число
равно числу разрядов, а значения
пропорциональны весовым коэффициентам
выходного позиционного кода. Каждый
эталон сравнивается с входной
величиной устройством сравнения. Процесс
сравнения начинается с эталона, имеющего
максимальное значение. В зависимости
от результата этого сравнения формируется
цифра старшего разряда выходного кода.
Если эталон больше входной величины,
то в старшем разряде формируется нулевое
значение и производится сравнение
входной величины с наибольшим из
оставшихся эталонов. Если максимальный
эталон оказался меньше входной величины,
то в старшем разряде выходного кода
формируется сигнал лог. 1 и дальнейшему
сравнению подлежит сигнал разности
входной величины и максимального
эталона. Аналогичные действия выполняются
для всех используемых эталонов.

Аналого-цифровые
преобразователи, работающие по методу
считывания, используют —N
эталонов (N
— число
уровней квантования). При этом младший
эталон равен h
(шагу
квантования), следующий 2Л и т. д. Входная
величина сравнивается с каждым эталоном
своим устройством сравнения, в результате
чего на выходе устройства формируется
параллельный единичный код, в котором
число единиц соответствует числу
эталонов, выходной сигнал которых
меньше входного.

23.2. ОСНОВНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ

Рассмотрим основные
электрические характеристики ЦАП и
АЦП. Они подразделяются на статические,
которые задают конечную точность
преобразования, и динамические,
характеризующие быстродействие данного
класса устройств. Статические
характеристики преобразователей
определяются видом характеристики
преобразования, которая устанавливает
соответствие между значениями
аналоговой величины и цифрового кода.
К ним относятся.

22
Преобразователи напряжение-частота

На
базе преобразователей напряжение-частота
(ПНЧ) могут быть построены интегрирующие
АЦП, обеспечивающие относительно высокую
точность преобразования при низкой
стоимости. Существует несколько видов
ПНЧ. Наибольшее применение нашли ПНЧ с
заданной длительностью выходного
импульса. Структурная схема такого ПНЧ
приведена на рис. 17. По этой схеме
построена ИМС VFC-32 (отечественный аналог
— 1108ПП1).

Работает
ПНЧ следующим образом. Под действием
положительного входного сигнала Uвх
напряжение Uи на выходе интегратора И
уменьшается. При этом ключ S разомкнут.
Когда напряжение Uи уменьшится до нуля,
компаратор К переключается, запуская
тем самым одновибратор. Одновибратор
формирует импульс стабильной длительности
Ти, который управляет ключем.
Последовательность этих импульсов
является выходным сигналом ПНЧ. Ключ
замыкается и ток Iоп в течение Ти поступает
на вход интегратора, вызывая увеличение
выходного напряжения интегратора. Далее
описанный процесс снова повторяется.

Импульсы
тока Iоп уравновешивают ток, вызываемый
входным напряжением Uвх. В установившемся
режиме

Отсюда
следует

(14)

где
Uвх.ср — среднее значение входного
напряжения за период Т. Выражение (14)
показывает, что точность преобразования
определяется точностью установки
опорного тока Iоп, точностью выдержки
длительности импульса одновибратора
Ти, а также точностью резистора R. Емкость
конденсатора интегратора не оказывает
влияния на частоту ПНЧ.

Таким
образом, по существу ПНЧ преобразует
входное напряжение в унитарный код. Для
его преобразования в двоичный позиционный
можно использовать счетчик. Схема
интегрирующего АЦП на базе ПНЧ приведена
на рис. 18. Двоичный счетчик подсчитывает
число импульсов, поступивших от ПНЧ за
период Тотсч=1/fотсч, задаваемый отсчетными
импульсами, которыми содержимое счетчика
заносится в выходной регистр-защелку.
Вслед за этим происходит обнуление
счетчика. Число импульсов n, подсчитанных
счетчиком за время Тотсч,

Здесь
Uвх.ср — среднее значение входного
напряжения за весь период Тотсч.

Можно
заметно повысить точность ПНЧ, если
вместо одновибратора включить тактируемый
импульсами стабильной частоты D-триггер.
Несложно убедиться (см. рис. 16), что в
этом случае ПНЧ превращается в однобитный
сигма-дельта модулятор.

23
Цифрова́я обрабо́тка сигна́лов (англ.
digital signal processing, DSP), ЦОС — преобразование
сигналов, представленных в цифровой
форме.

Любой
непрерывный (аналоговый) сигнал s(t) может
быть подвергнут дискретизации по времени
и квантованию по уровню (оцифровке), то
есть представлен в цифровой форме. Если
частота дискретизации Fd сигнала выше,
чем удвоенная наивысшая частота в
спектре сигнала Fmax, то есть Fd>2*Fmax, то
полученный дискретный сигнал s(k)
эквивалентен сигналу s(t).(см. теорему
Котельникова). При помощи математических
алгоритмов s(k) преобразуется в некоторый
другой сигнал s1(k) имеющий требуемые
свойства. Процесс преобразования
сигналов называется фильтрацией (англ.
filtering), а устройство, выполняющее
фильтрацию называется фильтр (англ.
filter). Поскольку отсчеты сигналов поступают
с постоянной скоростью Fd, фильтр должен
успевать обрабатывать текущий отсчет
до поступления следующего, то есть
обрабатывать сигнал в реальном времени
(англ. in real time). Для обработки сигналов
(фильтрации) в реальном времени применяют
специальные вычислительные устройства
— цифровые сигнальные процессоры

Различают
методы обработки сигналов во временной
(англ. time domain) и в частотной (англ. frequency
domain) области. Эквивалентность
частотно-временных преобразований
однозначно определяется через
преобразование Фурье.

Основные
задачи

Линейная
фильтрация — Селекция сигнала в частотной
области; синтез фильтров, согласованных
с сигналами; частотное разделение
каналов; цифровые преобразователи
Гильберта и дифференциаторы; корректоры
характеристик каналов

Спектральный
анализ — Обработка речевых, звуковых,
сейсмических, гидроакустических
сигналов; распознавание образов

Частотно-временной
анализ — Компрессия изображений, гидро-
и радиолокация, разнообразные задачи
обнаружения

Адаптивная
фильтрация — Обработка речи, изображений,
распознавание образов, подавление
шумов, адаптивные антенные решетки

Нелинейная
обработка — Вычисление корреляций,
медианная фильтрация; синтез амплитудных,
фазовых, частотных детекторов, обработка
речи, векторное кодирование

Многоскоростная
обработка — Интерполяция (увеличение)
и децимация (уменьшение) частоты
дискретизации в многоскоростных системах
телекоммуникации, аудиосистемах

24.
Схемотехника цифровых устройств. Базовые
логические элементы

ЛОГИЧЕСКИЕ
ЭЛЕМЕНТЫ

Двоичный
логический элемент представляет собой
электронную Цепь, выходное состояние
которой описывается одной из основных
булевых функций. Принципиально
безразлично, какое из двух возможных
входных к выходных состояний логического
элемента принимается за 0, э какое — за
1, но чаще всего применяют положительную
(прямую) логик у, при которой единица
кодируется наличием (высоким уровнем)
напряжения, а нуль — его отсутствием
(низким уровнем). Выполненные на
диодах и транзисторах в микроэлектронном
исполнении двоичные логические
элементы называют интегральными
•Логическими элементами (ИЛЭ)и широко
используют в Качестве элементной базы
для построения любых, даже самых сложных,
временных ЦЭУ.

Логические
элементы классифицируют по типам
электронных приборов с помощью
которых выполняются основные логические
функции. В диодной логике (ДЛ ) для этих
целей применяют диоды. Если на всех
входах присутствует высокий уровень,
все диоды будут закрыты, и на выходе
также будет высокий уровень. Для
положительной логики такое описание
соответствует операции коньюнкции,

Схемы
ДЛ отличаются малым количеством элементов
и достаточно
высоким быстродействием
(у современных диодов время
восстановления
обратного сопротивления
при переходе к закрытому состоянию
составля
ет несколько наносекунд
— 10~9 с). Однако при большом количестве
ДЛ-
элементов, включенных друг за
другом, из-за прямого падения напряже
ния
на открытых диодах уменьшается разность
между значениями напря
жений
высокого и низкого уровней, что приводит
к снижению помехоус
тойчивости
ДЛ-схем. Для компенсации этого эффекта
в схемы диодной
логики включают
транзисторные усилители мощности.
Поскольку для ре
ализации любой
булевой функции, помимо операций И, ИЛИ,
необходим
■их

Рис.6.7.
Базовая схема

ТТЛ-элемента

инвертор,
чаще всего используют каскад на биполярном
транзисторе, включенном по схеме с общим
эмиттером. Объединение диодной логики
с транзисторным инвертором позволило
создать схемы диодно-транзисторной
логики (ДТЛ- элемент ы), на основе которых
строились первые ЦЭУ в интегральном
исполнении. Однако при переходе к
массовому выпуску цифровых микросхем
на основе ДТЛ-элемен-тов выяснилось,
что для получения высокого быстродействия
входную диодную логику выгоднее заменить
интегральным много-эмиттерным
транзистором. Так называют транзистор,
у которого имеется обычный переход база
— коллектор и несколько переходов база
— эмиттер с электрически разделенными
областями эмиттеров и общей областью
базы. Построенные на его основе ИЛЭ
стали называть элементами транзисторно
— транзисторной лог и к и(ТТЛ-элементы).Нарис.6.7
приведена схема трехвходового ТТЛ-элемента
И—НЕ. В этой схеме многоэмиттерный
транзистор VTX выполняет логическую
операцию И над входными сигналами, а
транзистор VT2 обеспечивает инверсию
выходного сигнала.

При
низком уровне напряжения на любом из
входов (х2гх1гх:0) соответствующий
переход база — эмиттер трехэмиттерного
транзистора VTX (п-р-п) оказывается
смещенным в прямом направлении, и в нем
возникает значительный ток /°вх
логического нуля, направленный из
эмиттера в сторону входа. Значение этого
тока определяется сопротивлением
резистора Rb в цепи базы, а также прямым
сопротивлением перехода (типичное
значение тока /°вх составляет единицы
миллиампер). Однако напряжения одного
смещенного в прямом направлении перехода
база-эмиттер транзистора VT оказывается
недостаточным для отпирания двух
переходов (база — коллектор транзистора
VT{ и база — эмиттер транзистора УТ2)У в
результате чего транзистор VT2 запирается,
и на его коллекторе устанавливается
высокий уровень напряжения.

25.
Комбинационные цифровые устройства.
Дешифраторы и мультиплексоры.

Комбинационными
называют ЦЭУ, состояние п выходов
которого в любой момент времени полностью
определяется совокупностью логических
сигналов, присутствующих на т его
информационных входах

Среди
комбинационных ЦЭУ, получивших
разнообразное применение в
информационно-измерительной и
вычислительной технике, известны
такие устройства, как дешифраторы и
шифраторы, мультиплексоры и
демультиплексоры, арифметические и
арифметико-логические устройства (АЛУ)
и др.

Рассмотрим
наиболее распространенные типы
комбинационных ЦЭУ, которые выпускаются
в интегральном исполнении и широко
Используются в современной цифровой
технике.

Дешифратором
(декодером)
называют комбинационное ЦЭУ, пред-

Значенное
для распознавания различных кодовых
комбинации сигналов

На
его входах в простейшем случае каждой
кодовой комбинации на

входах
соответствует активный уровень сигнала
только на одном из

входов
дешифратора. Такой дешифратор может
применяться, напри-

мер
для управления работой нескольких
исполнительных механизмов,

когда
для включения одного из них на входы
дешифратора достаточно

дать
присвоенный этому механизму цифровой
код.В более общем случае каждой
определенной комбинации на т входах
дешифратора соответствует л-элементный
код на его выходах. Такие дешифраторы
иногда называют преобразователями
кодов. Они широко используются в
вычислительной технике, а также в
приборах с цифровой индикацией, например,
для управления индикаторами на
светоизлучающих диодах. Поскольку
десятичные цифры (от 0 до 9) представляются
4-разрядным двоичным кодом, а стилизованные
изображения всех десятичных цифр в
известных типах светодиодных индикаторов
чаще всего составляют из семи светящихся
сегментов, такой дешифратор должен
иметь 4 входа, 7 выходов и распознавать
только первые десять из 16 возможных
входных кодовых комбинаций.

Условное
обозначение микросхем дешифраторов на
корпусе ИС после номера ее серии имеет
первой букву И (для всех цифровых
устройств), а второй — букву Д. Дешифратор
работает обычным образом при высоком
уровне сигнала на входе Е. Сигнал низкого
уровня на этом входе независимо от
информации на входах DO — D переводит
все выходы дешифратора в состояние
логического нуля, в результате чего все
светодиоды гаснут.

Мультиплексором
называют комбинационное ЦЭУс одним
выходом, несколькими информационными
и управляющими входами, логическое
состояние на выходе которого повторяет
сигнал на одном из информационных
входов в соответствии с заданным цифровым
кодом на управляющих входах. Иными
словами, мультиплексор коммутирует на
свой выход сигнал входа, выбираемого
при помощи цифрового кода на управляющих
входах (режим выбора данных). Если
цифровой код на управляющих входах
поочередно принимает все возможные
комбинации, состояние на выходе
мультиплексора последовательно (с
частотой смены управляющих кодов)
повторяет состояние всех его информационных
входов (режим мультиплексирования
данных). Иногда говорят, что в этом режиме
мультиплексор выполняет преобразование
параллельного двоичного кода на
информационных входах в последовательный
код на его выходе.Из рассмотрения этого
выражения приходим к весьма важному
выводу, что мультиплексор представляет
собой универсальный прибор, с помощью
которого можно довольно просто строить
комбинационные ЦЭУ, реализующие
произвольные булевы функции.

26.
Последовательностные цифровые устройства.
Триггеры, регистры и счетчики.

Принципиальное
отличие последовательностных ЦЭУ от
комбинационных заключается в том,
что при пассивных уровнях сигналов на
входах комбинационные ЦЭУ всегда
возвращаются в исходное состояние, в
то время , как последовательностные
находятся в режиме хранения предыдущего
состояния. По этой причине в состав
типовых последовательностных ЦЭУ,
к которым относятся счетчики, регистры
и запоминающие устройства, помимо
обычных логических элементов, обязательно
входят элементы памяти, выполненные,
например, на триггерах.

Счетчиками
называют последовательностные ЦЭУ,
обеспечивающие хранение двоичного кода
числа и выполнение над ним микрооперации
счета, которая заключается в изменении
значения числа в счетчике на ± I. Если
при подаче активного уровня сигнала на
информационный вход счетчика его
содержимое увеличивается на единицу,
счетчик называют суммирующим^ если
уменьшается на единицу — вычитающим.
Счетчик называют реверсивным, если он
выполняет обе предыдущие операции.
Счетчик называют синхронным, если
состояния всех его выходов устанавливаются
в определенные моменты времени,
определяемые импульсами синхронизации.
У асинхронных счетчиков состояния могут
устанавливаться с некоторой задержкой
относительно друг друга.

Основной
параметр счетчика — модуль счета Кс,
определяющий Максимальное число
сигналов, которое может быть сосчитано
счетчиком. Как правило, в схемах
счетчиков используют триггеры, поэтому
счет количества поступивших сигналов
в них ведется в двоичной системе
счисления. Двоичный счетчик с «-разрядами
способен подсчитать 2п сигналов, отображая
их количество двоичными числами в
диапазоне от О до (2″-1). После сигнала
с номером 1п такой счетчик возвращается
в Исходное состояние.

27.
Запоминающие устройства для хранения
информации. Масочные ЗУ. ЗУ типов PROM,
EPROM и EEPROM. ФЛЭШ-память.

Современные
цифровые электронные устройства (ЦЭУ)
и, в частности, МС и ПЭВМ обычно
используют три вида памяти: постоянную,
оперативную и внешнюю. Постоянная
память обеспечивает хранение информации,
которая не должна изменяться в ЦЭУ в
ходе выполнения программ, в оперативной
памяти хранится переменная информация,
допускающая изменение своего содержимого
в ходе вычислительных операций.
Первые два вида памяти реализуют при
помощи различного рода запоминающих
устройств. В бытовой технике, например,
в телевизорах пятого поколения или в
радиоприемниках с цифровой настройкой
ЗУ применяются для хранения значении
параметров, определяющих режимы их
работы (частот каналов настройки,
установленных уровней громкости,
яркости, контрастности и т.п.). В современной
цифровой технике широко используются
различные виды запоминающих устройств
(ЗУ), от отдельных триггеров и наборов
регистров до специальных модулей памяти.

Внешняя
память предназначена для долговременного
хранения больших массивов информации
на оптических или магнитных носителях.
Используемые для этих целей ЦЭУ обычно
называют накопителями, соответственно.
на цифровых компакт-дисках, на гибких
(флоппи) или постоянных магнитных дисках
(сокращенно НГМДиПМД).

ЗУ
современных ЦЭУ предназначены для
записи, хранения и выдачи цифровых
данных и программ, для доступа к которым
используется они-санный ранее адресный
принцип. Согласно этому принципу каждой
ячейке памяти присваивается определенный
номер (ее адрес ), значение которого в
том или ином виде указывается при каждом
обращении к ней Как правило, минимальной
адресуемой единицей памяти является

28. ЗУ
для хранения оперативной информации.
Статическиеи динамические ЗУ.
Структуры обращения к ИС ЗУ.

ОЗУ
статического типа (SRAM — Static RAM) выполняют
на статических триггерах Такие ОЗУ
характеризуются весьма высоким
бысгродействием и используются в
наиболее «узких» участках системы.
например, в качестве сверхоперативной
памяти для кратковременного хранения
промежуточных результатов, многочисленных
буферных регистров для согласования
скоростных характеристик различных
устройств, кэш-памяти и т.п Для снижения
себестоимости хранения единицы
информации чаще всего применяют
простейшие схемы RS-тригге-ра на двух
инверторах

29.
Микропроцессоры. Принципы построениямикропроцессорных устройств. Структура
и принцип работы микропроцессорной
системы.

Весьма
важным для дальнейшего развития
вычислительной техники явилось
создание в 70-х годах новых универсальных
Цифровых ИС, так называемых микропроцессоров
( МП ) — разновидности БИС, способных
выполнять полный перечень функций
центрального процессора ЭВМ С
появлением микропроцессоров отпала
необходимость для каждого нового
применения проектировать новую ИС
Вместо этого можно было взять готовый
микропроцессор, разработав -я него новую
программу для выполнения требуемых
функций

Соседние файлы в предмете Схемотехника

Система, преобразующая аналоговый сигнал в цифровой сигнал

4-канальный аналогово-цифровой мультиплексированный стереофонический сигнал преобразователь WM8775SEDS Wolfson Microelectronics, размещенный на X-Fi Fatal1ty Pro звуковой карте.

В электронике аналогово-аналоговый -цифровой преобразователь (ADC, A / D или A-to-D ) — это система, которая преобразует аналоговый сигнал, например звук, улавливаемый микрофоном, или свет, попадающий в цифровую камеру , в цифровой сигнал . АЦП также может обеспечивать изолированное измерение, такое как электронное устройство, которое преобразует входное аналоговое напряжение или ток в цифровое число, представляющее напряжение или текущее. Обычно цифровой выход представляет собой двоичное число с дополнением до двух, которое представляет собой другое входу, но есть и другие возможности.

Существует несколько архитектурных АЦП . Из-за сложности и потребности в точно согласованных компонентах все, кроме самых привлекательных АЦП, реализованы как интегральные схемы (ИС). Обычно они имеют форму металл — оксид — полупроводник (MOS) интегральная схема со смешанными сигналами, которые объединяют как аналоговые, так и цифровые схемы.

A цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) выполняет обратную функцию; он преобразует цифровой сигнал в аналоговый сигнал.

Содержание

1 Пояснение
- 1.1 Разрешение
  - 1.1.1 Ошибка квантования
  - 1.1.2 Дитеринг
- 1.2 Точность
  - 1.2.1 Нелинейность
- 1.3 Джиттер
- 1.4 Частота дискретизации
  - 1.4.1 Наложение
  - 1.4.2 Передискретизация
- 1.5 Относительная скорость и точность
- 1.6 Принцип скользящей шкалы
2 типа
- 2.1 Прямое преобразование
- 2.2 Последовательное приближение
- 2.3 Сравнение с линейным изменением
- 2.4 Уилкинсон
- 2.5 Интеграция
- 2.6 Дельта-кодирование
- 2.7 Конвейерная передача
- 2.8 Сигма-дельта
- 2.9 Чередование времени
- 2.10 Промежуточный этап FM
- 2.11 Другие типы
3 Коммерческие
4 Приложения
- 4.1 Музыкальные записи
- 4.2 Цифровая обработка сигналов
- 4.3 Научные инструменты
- 4.4 Круговой энкодер
5 Электрический символ
6 Тестирование
7 См. Также
8 Примечания
9 Ссылки
10 Дополнительная литература
11 Внешние ссылки

Пояснение

АЦП преобразует непрерывную и непрерывную амплитуду аналоговый сигнал в дискретное время и дискретно-амплитудный цифровой с игнал. Преобразование включает квантование входных данных, поэтому оно обязательно вносит небольшую ошибку или шум. Кроме того, вместо непрерывного преобразования преобразования, АЦП выполняет преобразование периодически, дискретизируя входной сигнал, ограничивая допустимую полосу пропускания входного сигнала.

Характеристики АЦП в первую очередь характеризуются его полосой пропускания и отношением сигнал / шум (SNR). Полоса пропускания АЦП в первую очередь показывает его частота дискретизации. SNR АЦП зависит от многих факторов, включая разрешение, линейность и точность (насколько хорошо уровни квантования соответствуют истинному аналоговому сигналу), наложение и джиттер. SNR АЦП часто реализуется в виде его возвращаемого числа бит (ENOB), количества битов каждого получаемого измерения, которое в среднем не является шумом. У идеального АЦП значение ENOB равно разрешающей способности. АЦП выбираются в соответствии с полосой пропускания и требуемым отношением сигнал / шум сигнала, который необходимо оцифровать. Если АЦП работает с установкой дискретизации более чем в два раза превышающей ширину полосы сигнала, то согласно теореме о дискретизации Найквиста — Шеннона возможно точное восстановление. Наличие ошибок квантования ограничивает отношение сигнал / шум даже идеального АЦП. Однако, если SNR АЦП увеличивает SNR входного сигнала, его эффектми можно пренебречь, что дает практически идеальное цифровое представление аналогового входного сигнала.

Разрешение

Рис. 1. 8-уровневая схема кодирования АЦП.

Разрешающая способность преобразователя указывает количество различных, т. Е. Дискретных, значений, он может выдавать в допустимом диапазоне значений аналогового входа. Таким образом, конкретное разрешение определяет использование квантования и, следовательно, максимально возможное отношение / шум для идеального АЦП без использования передискретизации. Входные отсчеты обычно хранятся в электронном виде в двоичной форме внутри АЦП, поэтому разрешение обычно выражается как битовая глубина звука. Как следствие, количество доступных дискретных значений обычно является степенью двойки. Например, АЦП с разрешением 8 бит может кодировать аналоговый вход на один из 256 различных уровней (2 = 256). Значения могут быть диапазоны от 0 до 255 (т. Е. Как целые числа без знака) или от -128 до 127 (т. Е. Как целые числа со знаком), в зависимости от приложения.

Разрешение также можно определить электрически и выразить в вольтах. Изменение напряжения, требуется для гарантии изменения уровня выходного кода, называется напряжением младшего значащего бита (LSB). Разрешающая способность Q АЦП напряжению LSB. Разрешение АЦП по напряжению равно его общему диапазону измерения напряжения, разделенному по количеству интервалов:

Q = EFSR 2 M, { displaystyle Q = { dfrac {E _ { mathrm {FSR}}} {2 ^ {M} }},} ${ displaystyle Q = { dfrac {E_ { mathrm {FSR}}} {2 ^ {M} }},}$

где M — разрешение АЦП в битах, а E FSR — это полный диапазон напряжения (также называемый «диапазоном»). E FSR задается как

EFSR = VR ef H i — VR ef L ow, { displaystyle E _ { mathrm {FSR}} = V _ { mathrm {RefHi}} -V _ { mathrm {RefLow}}, ,} ${ displaystyle E _ { mathrm {FSR}} = V _ { mathrm {RefHi}} -V _ { mathrm {RefLow}}, ,}$

где V RefHi и V RefLow — это верхний и нижний крайние значения напряжений, которые могут быть закодированы соответственно.

Обычно количество интервалов напряжения определяется как

N = 2 M, { displaystyle N = 2 ^ {M}, ,} $N = 2 ^ {M}, ,$

где M — разрешение АЦП в битах.

То есть, один интервал напряжения назначается между двумя последовательными уровнями кода.

Пример:

Схема кодирования как на рисунке 1
Полная шкала диапазон измерения = от 0 до 1 В
Разрешение АЦП составляет 3 бита: 2 = 8 уровней квантования (коды)
Разрешение по напряжению АЦП, Q = 1 В / 8 = 0,125 В.

Во многих случаях полезное разрешение преобразователя ограничено отношением сигнал / шум (SNR) и ошибки в системе в целом, выраженные как ENOB.

Сравнение квантования синусоиды на 64 уровня (6 бит) и 256 уровней (8 бит). Аддитивный шум, создаваемый 6-битным квантованием, на 12 дБ больше, чем шум, создаваемый 8-битным квантованием. Когда спектральное распределение ровное, как в этом примере, разница в 12 дБ проявляется как измеримая разница в минимальных уровнях шума.

Ошибка квантования

Аналого-цифровое преобразование, как показано на рис. 1 и рис. 2.

Ошибка квантования из-за квантования, присущего идеальному АЦП. Это ошибка округления между аналоговым входным напряжением АЦП и выходным цифровым значением. Ошибка нелинейна и зависит от сигнала. В идеальном АЦП, где ошибка квантования равномерно распределена между -1/2 LSB и +1/2 LSB, а сигнал имеет равномерное распределение, охватывающее все уровни квантования, отношение сигнал / шум квантования (SQNR) определяется как

SQNR = 20 log 10 ⁡ (2 Q) ≈ 6,02 ⋅ Q d B { displaystyle mathrm {SQNR} = 20 log _ {10} (2 ^ {Q}) приблизительно 6.02 cdot Q mathrm {dB} , !} $mathrm {SQNR} = 20 log _ {10} (2 ^ {Q}) приблизительно 6.02 cdot Q mathrm {dB} , !$

где Q — количество бит квантования. Например, для 16-битного АЦП ошибка квантования на 96,3 дБ ниже внешнего уровня.

Ошибка квантования распределяется от постоянного тока до частоты Найквиста. Следовательно, если часть пропускания АЦП не используется, как в случае с передискретизацией, некоторая ошибка квантования возникнет вне полосы, эффективно улучшая SQNR для используемой пропускной способности. В системе с передискретизацией формирование шума может продолжить увеличение SQNR за счет увеличения количества ошибок квантования вне диапазона.

Дизеринг

В АЦП производительность обычно можно улучшить с помощью дизеринга. Это очень небольшое количество случайного шума (например, белый шум ), который добавляется к входным данным перед преобразованием. Его эффект заключается в рандомизации состояния LSB на основе сигнала. Вместо того, чтобы просто полностью обрезать сигнал на низких уровнях, он расширяет эффективный диапазон, который может преобразовать АЦП, за небольшое увеличение шума. Обратите внимание, что дизеринг может только увеличить разрешение сэмплера. Это не может улучшить линейность, и, следовательно, точность не обязательно улучшится.

Искажение квантования в аудиосигнале очень низкого уровня по отношению к битовой глубине АЦП коррелирует слом и звучит искаженно и неприятно. При дизеринге искажается трансформируется в шум. Неискаженный сигнал можно точно восстановить путем усреднения по времени. Сглаживание также используется при интеграции таких систем, как счетчики электроэнергии. Временные значения суммируются, дизеринг дает более точные результаты, чем младший бит аналого-цифрового преобразователя.

Дизеринг часто применяемым при квантовании фотографических изображений до меньшего количества бит на пиксель — изображение более шумным, но для глаза намного более реалистичным, чем квантованное изображение, которое в результате становится больше полосатым. Этот аналогичный процесс может помочь визуализировать эффект дизеринга на аналоговый аудиосигнал, который преобразуется в цифровой.

Точность

АЦП имеет несколько источников ошибок. Ошибка квантования и (при условии, что АЦП должен быть должным) не линейность присущи любому аналого-цифровому преобразованию. Эти ошибки считываются в единицах, называемых младшим значащим битом (LSB). В приведенном выше примере восьмиразрядного АЦП ошибка в один младший бит составляет 1/256 от полного диапазона сигнала, или около 0,4%.

Нелинейность

Все АЦП страдают от ошибок нелинейности, вызванных их физическими недостатками, в результате чего их выходной сигнал отклоняется от линейной функции (или какой-либо другой функции, в случае намеренно нелинейного АЦП) их вклад. Эти ошибки иногда можно уменьшить с помощью калибровки или предотвратить с помощью тестирования. Важными линейными нелинейностями являются интегральная нелинейность и дифференциальная нелинейность. Эти нелинейности изменения искажения, которые могут снизить отношение сигнал / шум АЦП и, таким образом, снизить его эффективное разрешение.

Джиттер

При оцифровке синусоидальной волны x (t) = грех ⁡ (2 π f 0 t) { displaystyle x (t) = A sin {(2 pi f_ {0} t)}} $x (t) = A sin {(2 pi f_ {0} t)}$ , использование неидеальных часов дискретизации приведет к некоторой неопределенности при записи отсчетов. При условии, что фактическая неопределенность времени выборки из-за дрожания часов составляет Δ t { displaystyle Delta t} Delta t , ошибка, вызванная этим явлением, может быть оценена как E ap ≤ | x ′ (t) Δ t | ≤ 2 A π е 0 Δ T { displaystyle E_ {ap} leq | x ‘(t) Delta t | leq 2A pi f_ {0} Delta t} $E_{{ap}}leq |x'(t)Delta t|leq 2Api f_{0}Delta t$ . Это приведет к дополнительному записанному шуму, который уменьшит эффективное количество бит (ENOB) ниже, чем прогнозируется только ошибкой квантования. Ошибка равна нулю для постоянного тока, мала на низких частотах, но значительна для сигналов большой амплитуды и высокой частоты. Влияние джиттера на производительность можно сравнить с ошибкой квантования: Δ t < 1 2 q π f 0 {displaystyle Delta t<{frac {1}{2^{q}pi f_{0}}}} $Delta t <{ frac {1} {2 ^ {q} pi f_ {0} }}$ , где q — количество битов АЦП.

Размер вывода. (bits)	Частота сигнала
1 Гц	1 кГц	10 кГц	1 МГц	10 МГц	100 МГц	1 ГГц
8	1,243 мкс	1,24 мкс	124 нс	1,24 нс	124 пс	12,4 пс	1,24 пс
10	311 мкс	311 нс	31,1 пс	311 пс	31,1 пс	3,11 пс	0,31 пс
12	77,7 мкс	77,7 нс	7,77 нс	77,7 пс	7,77 пс	0,78 пс	0,08 пс («77,7 фс»)
14	19,4 мкс	19,4 нс	1,94 нс	19,4 пс	1,94 пс	0,19 пс	0,02 пс («19,4 фс»)
16	4,86 Мкс	4,86 нс	486 пс	4,86 пс	0,49 пс	0,05 пс («48,5 фс»)	–
18	1,21 мкс	1,21 нс	121 пс	1,21 пс	0,12 пс	–	–
20	304 нс	304 пс	30,4 пс	0,30 пс («303,56 фс»)	0,03 пс («30,3 фс»)	–	–
24	18,9 нс	18,9 пс	1,89 пс	0,019 пс («18,9 фс»)	—	–	–

Джиттер тактового сигнала вызван фазовым шумом. Разрешающая способность АЦП с полосой дискретизации от 1 МГц до 1 ГГц ограничена джиттером. Для преобразований с уменьшением полосой пропускания, например, при дискретизации аудиосигналов на частоту 44,1 кГц, джиттер тактовой частоты оказывает менее значительное влияние на производительность.

Частота дискретизации

Аналоговый сигнал непрерывный в время, которое необходимо преобразовать в поток цифровых значений. Следовательно, необходимо определить скорость, с которой новые цифровые значения выбираются из аналогового сигнала. Частота новых значений называется дискретизацией или дискретизацией преобразователя. Непрерывно изменяющийся сигнал с ограниченной полосой может быть дискретизирован, а затем исходный сигнал может быть воспроизведен из значений дискретного времени с помощью фильтра восстановления. Теорема выборки Найквиста — Шеннона подразумевает, что точное воспроизведение исходного сигнала возможно только в том случае, если частота дискретизации более чем в два раза превышает максимальную частоту сигнала.

Практический АЦП не может выполнить мгновенное преобразование, входное значение обязательно должно поддерживаться в течение времени, когда преобразователь выполняет преобразование (так называемое время преобразования). Входная схема, называемая выборка и удержание, выполняет эту задачу в большинстве случаев использования конденсатора для хранения аналогового напряжения на вводе электронного переключателя или затвора для отключения конденсатора со входа. Многие интегральные схемы АЦП содержат внутреннюю подсистему выборки и хранения.

Наложение значений

АЦП работает путем дискретизации значений входа через дискретные промежутки времени. При условии, что входной сигнал дискретизируется выше частоты Найквиста, определяемой как удвоенная наибольшая интересующая частота, тогда все частоты в сигнале могут быть восстановлены. Если дискретизируются частоты, превышающие половину частоты Найквиста, они ошибочно проверяют как более низкие частоты, и этот процесс называется наложением. Псевдоним происходит, потому что мгновенная выборка функций два или меньшее раз за цикл приводит к пропущенному циклам и, следовательно, к появлению неправильно более низкого количества частот. Например, синусоидальная волна 2 кГц, дискретизируемая частота 1,5 кГц, будет реконструирована как синусоидальная волна 500 Гц.

Чтобы избежать наложения спектров, вход АЦП должен быть отфильтрован нижними частотами, чтобы удалить частоты выше половины частоты дискретизации. Этот фильтр называется фильтром сглаживания и необходим для практической системы АЦП, которая применяется к аналоговым сигналам с более высоким частотным содержанием. В приложениях, где важна защита от наложения спектров, передискретизация может быть предложена, чтобы уменьшить или даже устранить его.

Хотя наложение спектров в большинстве систем нежелательно, его можно использовать для одновременного низкого микширования высокочастотного сигнала с ограниченной полосой частот (см. недостаточная дискретизация и частотный смеситель ). Псевдоним фактически является нижним гетеродином частоты и частоты дискретизации.

Передискретизация

В целях экономии сигналы часто дискретизируются с минимальной оптимальной настройкой, в результате чего вносимая ошибка квантования — это белый шум, распространяющийся по всей полосе пропускания преобразователя. Если сигнал дискретизируется со скоростью, превышает превышающую частоту Найквиста, а затем подвергается цифровой фильтрации, чтобы ограничить его шириной полосы сигнала, дает следующие преимущества:

Передискретизация может облегчить для реализации аналоговых фильтров. сглаживания
Улучшенная битовая глубина звука
Уменьшение шума, особенно когда создание шума применяется в дополнение к передискретизации.

Обычно используется передискретизация в АЦП частоты, где необходимая частота дискретизации (обычно 44,1 или 48 кГц) очень мала по сравнению с тактовой частотой типичных транзисторных схем (>1 МГц). В этом случае производительность АЦП может быть значительно увеличена за небольшие деньги или бесплатно. Кроме того, поскольку любые сигналы с наложенными спектрами обычно также являются внеполосными, наложения спектров можно полностью устранить с помощью очень недорогих фильтров.

Относительная скорость и точность

Скорость АЦП зависит от типа. АЦП Уилкинсона ограничен тактовой частотой, которая обрабатывается современными цифровыми схемами. Для АЦП последовательного приближения время преобразования масштабируется с логарифмом разрешения, то есть количеством битов. Флэш-АЦП, безусловно, самый быстрый тип из трех; Преобразование в основном выполняется за один параллельный шаг.

Возможный компромисс между скоростью и точностью. Флэш-АЦП имеют дрейфы и погрешности, связанные с уровнями компаратора, что приводит к плохой линейности. В меньшей степени плохая линейность также может быть проблемой для АЦП последовательного приближения. Здесь нелинейность возникает из-за накопления ошибок в процессе вычитания. У АЦП Уилкинсона лучшая линейность из трех.

Принцип скользящей шкалы

скользящая шкала или метод рандомизации могут использоваться для значительного улучшения линейности любого типа АЦП, но особенно типы вспышки и последовательного приближения. Для любого АЦП преобразование входного напряжения в значение цифрового выхода — это не совсем функция пола или потолка, как должно быть. В нормальных условиях импульс определенной амплитуды всегда преобразуется в одно и то же цифровое значение. Проблема заключается в том, что не все диапазоны аналоговых значений для оцифрованных значений имеют одинаковую ширину, и дифференциальная линейность уменьшается пропорционально отклонению от средней ширины. В принципе скользящей шкалы для преодоления этого явления используется эффект усреднения. Случайное, но известное аналоговое напряжение добавляется к дискретному входному напряжению. Затем он преобразуется в цифровую форму, и эквивалентная цифровая сумма вычитается, таким образом восстанавливая ее исходное значение. Преимущество заключается в том, что преобразование произошло в случайной точке. Статистическое распределение конечных уровней определяется средневзвешенным значением по области диапазона АЦП. Это, в свою очередь, снижает его чувствительность к ширине любого конкретного уровня.

Типы

Это несколько распространенных способов реализации электронного АЦП.

Прямое преобразование

АЦП с прямым преобразованием или флэш-памятью имеет набор компараторов, которые параллельно отбирают входной сигнал, каждый срабатывает для определенного диапазона напряжений. Банк компаратора питает логическую схему, которая генерирует код для каждого диапазона напряжений.

АЦП этого типа имеют большой размер кристалла и большую рассеиваемую мощность. Они часто используются для видео, широкополосной связи или других быстрых сигналов в оптическом и магнитном накопителе.

Схема состоит из резистивного делителя сеть, набор компараторов операционных усилителей и кодировщик приоритета. В компаратор встроен небольшой гистерезис, чтобы разрешить любые проблемы на границах напряжения. На каждом узле резистивного делителя имеется напряжение сравнения. Целью схемы является сравнение аналогового входного напряжения с каждым из узловых напряжений.

Схема имеет преимущество высокой скорости, поскольку преобразование происходит одновременно, а не последовательно. Типичное время преобразования составляет 100 нс или меньше. Время преобразования ограничено только скоростью компаратора и приоритетного энкодера. Этот тип АЦП имеет тот недостаток, что количество требуемых компараторов почти удваивается для каждого добавляемого бита. Кроме того, чем больше значение n, тем сложнее кодировщик приоритета.

Последовательное приближение

A АЦП последовательного приближения использует компаратор и двоичный поиск для последовательного сужения диапазона, содержащего входное напряжение. На каждом последующем этапе преобразователь сравнивает входное напряжение с выходом внутреннего цифроаналогового преобразователя, который первоначально представляет собой среднюю точку допустимого диапазона входного напряжения. На каждом этапе этого процесса приближение сохраняется в регистре последовательного приближения (SAR), а выходной сигнал цифроаналогового преобразователя обновляется для сравнения в более узком диапазоне.

Сравнение темпа

A АЦП сравнения рампы вырабатывает зубчатый сигнал, который увеличивается или уменьшается, а затем быстро возвращается к нулю. Когда начинается рампа, таймер начинает отсчет. Когда линейное напряжение соответствует входному, срабатывает компаратор и записывается значение таймера. Преобразователи линейного нарастания по времени требуют наименьшего количества транзисторов . Время линейного изменения чувствительно к температуре, потому что схема, генерирующая линейное изменение, часто представляет собой простой генератор . Есть два решения: использовать синхронизированный счетчик, управляющий ЦАП, а затем использовать компаратор для сохранения значения счетчика или откалибровать синхронизированное изменение скорости. Особое преимущество системы линейного сравнения состоит в том, что для сравнения второго сигнала просто требуется другой компаратор и другой регистр для хранения значения напряжения. Очень простой (нелинейный) преобразователь рампы может быть реализован с помощью микроконтроллера, одного резистора и конденсатора. Напротив, заполненный конденсатор может быть взят из интегратора , преобразователя времени в амплитуду, фазового детектора, схемы выборки и удержания или схемы и разряжен.. Это имеет то преимущество, что медленный компаратор не может быть нарушен быстрыми изменениями входа.

Уилкинсон

АЦП Уилкинсона был разработан Д. Х. Уилкинсон в 1950 году. АЦП Уилкинсона основан на сравнении входного напряжения с напряжением, создаваемым зарядным конденсатором. Конденсатору позволяют заряжаться до тех пор, пока его напряжение не сравняется с амплитудой входного импульса (компаратор определяет, когда это условие было достигнуто). Затем конденсатору дают возможность линейно разряжаться, что приводит к нарастанию напряжения. В момент, когда конденсатор начинает разряжаться, инициируется импульс затвора. Импульс затвора остается включенным до полной разрядки конденсатора. Таким образом, длительность стробирующего импульса прямо пропорциональна амплитуде входного импульса. Этот стробирующий импульс управляет линейным затвором, который принимает импульсы от тактовой частоты высокочастотного генератора. Пока вентиль открыт, дискретное количество тактовых импульсов проходит через линейный вентиль и подсчитывается адресным регистром. Время, в течение которого линейный вентиль открыт, пропорционально амплитуде входного импульса, таким образом, количество тактовых импульсов, записанных в адресном регистре, также пропорционально. В качестве альтернативы можно контролировать заряд конденсатора, а не разряд.

Интегрирующий

интегрирующий АЦП (также двойной -slope или multi-slope ADC) подает неизвестное входное напряжение на вход интегратора и позволяет напряжению нарастать в течение фиксированного периода времени ( период). Тогда известное опорное напряжение противоположной полярности подается на интегратор и ей дает сползать до выходных возвращаются интегратора к нулю (выбег периода). Входное напряжение вычисляются как функция опорного напряжения, постоянного разбегом период времени, и измеренный захудалого период времени. Измерение времени выбега обычно производится в единицах тактовой частоты преобразователя, поэтому более длительное время интегрирования обеспечивает более высокое разрешение. Точно так же скорость преобразователя может быть улучшена за счет уменьшения разрешения. Преобразователи этого типа (или его разновидности) используются в большинстве цифровых вольтметров из-за их линейности и гибкости.

АЦП балансировки заряда: Принцип АЦП балансировки заряда состоит в том, чтобы сначала преобразовать входной сигнал в частоту с помощью преобразователя напряжения в частоту. Затем эта частота измеряется счетчиком и преобразуется в выходной код, пропорциональный аналоговому входу. Основное преимущество этих преобразователей заключается в том, что можно передавать частоту даже в шумной среде или изолированно. Однако ограничение этой схемы состоит в том, что выходной сигнал преобразователя V / F зависит от RC-продукта, значение которого не может быть легко поддержано с учетом температуры и времени.
АЦП с двойным наклоном: Аналоговый Часть схемы состоит из буфера с высоким входным сопротивлением, прецизионного интегратора и компаратора напряжения. Первый преобразователь интегрирует аналоговый входной сигнал для фиксированной длительности и затем интегрирует внутреннее опорное напряжение противоположной полярности, пока выход интегратора не равен нулю. Главный недостаток этой схемы — большая продолжительность работы. Они особенно подходят для точного измерения медленно изменяющихся сигналов, таких как термопары и весы.

Дельта-кодированный

A дельта-кодированный АЦП или встречное линейное изменение имеет повышающее / понижающее счетчик, который питает цифроаналоговый преобразователь (DAC). Входной сигнал и ЦАП поступают на компаратор. Компаратор управляет счетчиком. Схема использует отрицательную обратную связь от компаратора для регулировки счетчика до тех пор, пока выход ЦАП не станет достаточно близким к входному сигналу. Номер читается со счетчика. Дельта-преобразователи имеют очень широкий диапазон и высокое разрешение, но время преобразования зависит от уровня входного сигнала, хотя всегда будет гарантированный худший случай. Дельта-преобразователи часто являются очень хорошим выбором для считывания реальных сигналов. Большинство сигналов от физических систем не меняются резко. Некоторые преобразователи сочетают в себе подходы дельта и последовательного приближения; это особенно хорошо работает, когда известно, что высокие частоты малы по величине.

Конвейерный

A конвейерный АЦП (также называемый квантователем поддиапазона ) использует два или более шагов поддиапазона. Сначала выполняется грубое преобразование. На втором этапе разница входящего сигнала определяется с помощью цифроаналогового преобразователя (DAC). Затем эта разница преобразуется в более тонкую, и результаты объединяются на последнем этапе. Это можно рассматривать как усовершенствование АЦП последовательного приближения, в котором опорный сигнал обратной связи состоит из промежуточного преобразования всего диапазона битов (например, четырех битов), а не только следующего по старшинству бита. Благодаря сочетанию достоинств последовательного приближения и флэш-АЦП этот тип быстр, имеет высокое разрешение и требует лишь небольшого размера кристалла.

Сигма-дельта

A сигма-дельта АЦП (также известный как дельта-сигма АЦП ) передискретизирует полезный сигнал с большим коэффициентом и фильтрует полосу полезного сигнала. Как правило, после фильтра с помощью флэш-АЦП преобразуется меньшее количество битов, чем требуется. Результирующий сигнал вместе с ошибкой, генерируемой дискретными уровнями Flash, возвращается и вычитается из входного сигнала в фильтр. Эта отрицательная обратная связь имеет эффект формирования шума ошибки из-за вспышки, так что она не появляется на частотах желаемого сигнала. Цифровой фильтр (прореживающий фильтр) следует за АЦП, который снижает частоту дискретизации, отфильтровывает нежелательный шумовой сигнал и увеличивает разрешение вывода (сигма-дельта-модуляция, также называемая дельта-сигма-модуляция ).

АЦП с временным чередованием

A АЦП с временным чередованием использует M параллельных АЦП, где каждый АЦП производит выборку данных каждый M: -й цикл эффективной тактовой частоты выборки. В результате частота дискретизации увеличивается в M раз по сравнению с тем, что может управлять каждый отдельный АЦП. На практике индивидуальные различия между M АЦП ухудшают общую производительность, уменьшая динамический диапазон без паразитных составляющих (SFDR). Однако существуют технологии для исправления этих ошибок рассогласования с временным чередованием.

Промежуточный каскад FM

АЦП с промежуточным каскадом FM сначала использует преобразователь напряжения в частоту для преобразования полезного сигнала в колебательный сигнал с частотой, пропорциональной напряжение полезного сигнала, а затем использует частотомер для преобразования этой частоты в цифровой счетчик, пропорциональный напряжению полезного сигнала. Более длительное время интеграции обеспечивает более высокое разрешение. Точно так же скорость преобразователя может быть улучшена за счет уменьшения разрешения. Две части АЦП могут быть широко разделены, при этом частотный сигнал проходит через оптоизолятор или передается по беспроводной сети. Некоторые такие АЦП используют синусоидальную или прямоугольную частотную модуляцию ; другие используют частотно-импульсную модуляцию. Такие АЦП когда-то были самым популярным способом отображения цифрового отображения состояния удаленного аналогового датчика.

Другие типы

Могут быть другие АЦП, в которых используется комбинация электроники и других технологии. аналого-цифровой преобразователь с растягиванием во времени (TS-ADC) оцифровывает аналоговый сигнал с очень широкой полосой пропускания, который не может быть оцифрован обычным электронным АЦП, растягивая во времени сигнал до оцифровки. Обычно он использует фотонный препроцессор интерфейс для растягивания сигнала во времени, что эффективно замедляет сигнал во времени и сжимает его полосу пропускания. В результате электронный базовый АЦП, который был бы слишком медленным для захвата исходного сигнала, теперь может захватывать этот замедленный сигнал. Для непрерывного захвата сигнала интерфейс также делит сигнал на несколько сегментов в дополнение к растяжению по времени. Каждый сегмент индивидуально оцифровывается отдельным электронным АЦП. Наконец, цифровой сигнальный процессор переупорядочивает выборки и удаляет любые искажения, добавленные внешним интерфейсом, чтобы получить двоичные данные, которые являются цифровым представлением исходного аналогового сигнала.

Коммерческие

Коммерческие АЦП обычно реализуются как интегральные схемы. Большинство преобразователей имеют разрешение от 6 до 24 бит и производят менее 1 мегасэмпла в секунду. Тепловой шум, создаваемый пассивными компонентами, такими как резисторы, маскирует измерение, когда требуется более высокое разрешение. Для аудиоприложений и температуры в помещении такой шум обычно немного меньше 1 мкВ (микровольт) белого шума. If the MSB corresponds to a standard 2 V of output signal, this translates to a noise-limited performance that is less than 20~21 bits, and obviates the need for any dithering. As of February 2002, Mega- and giga-sample per second converters are available. Mega-sample converters are required in digital video cameras, video capture cards, and TV tuner cards to convert full-speed analog video to digital video files. Commercial converters usually have ±0.5 to ±1.5 LSB error in their output.

In many cases, the most expensive part of an integrated circuit is the pins, because they make the package larger, and each pin has to be connected to the integrated circuit’s silicon. To save pins, it is common for slow ADCs to send their data one bit at a time over a serial interface to the computer, with the next bit coming out when a clock signal changes state, say from 0 to 5 V. This saves quite a few pins on the ADC package, and in many cases, does not make the overall design any more complex (even microprocessors which use memory-mapped I/O only need a few bits of a port to implement a serial bus to an ADC). Commercial ADCs often have several inputs that feed the same converter, usually through an analog multiplexer. Different models of ADC may include sample and hold circuits, instrumentation amplifiers or differential inputs, where the quantity measured is the difference between two voltages.

Applications

Music recording

Analog-to-digital converters are integral to 2000s era music reproduction technology and digital audio workstation -based sound запись. Люди часто создают музыку на компьютерах с использованием аналоговой записи и поэтому нуждаются в аналого-цифровых преобразователях для создания потоков данных с импульсно-кодовой модуляцией (PCM), которые поступают на компакт-диски и музыкальные файлы. Текущее количество аналого-цифровых преобразователей, используемых в музыке, может производить дискретизацию с частотой до 192 килогерц. По этим вопросам существует обширная литература, но коммерческие соображения часто играют важную роль. Многие студии звукозаписи записывают в форматах 24-бит / 96 кГц (или выше) с импульсно-кодовой модуляцией (PCM) или Direct Stream Digital (DSD), а затем понижают или децифицируют сигнал для компакт-диска Производство цифрового звука (44,1 кГц) или до 48 кГц для широко используемых приложений радио- и телевещания из-за частоты Найквиста и диапазона слышимости людей.

Цифровая обработка сигналов

АЦП необходимы для обработки, хранения или передачи практически любого аналогового сигнала в цифровой форме. Платы ТВ-тюнера, например, используют быстрые аналого-цифровые преобразователи видео. Медленные на кристалле 8, 10, 12 или 16-битные аналого-цифровые преобразователи распространены в микроконтроллерах. Цифровым запоминающим осциллографам требуются очень быстрые аналого-цифровые преобразователи, что также имеет решающее значение для программно-конфигурируемой радиосвязи и их новых приложений.

Научные приборы

Системы цифровой обработки изображений обычно используют аналого-цифровые преобразователи в оцифровке пикселей. Некоторые системы радаров обычно используют аналого-цифровые преобразователи для преобразования уровня сигнала в цифровые значения для последующей обработки сигнала. Многие другие системы наземного и дистанционного зондирования обычно используют аналогичную технологию. Количество двоичных битов в результирующих оцифрованных числовых значениях отражает разрешающую способность, количество уникальных дискретных уровней квантования (обработки сигналов). Соответствие между аналоговым сигналом и цифровым сигналом зависит от ошибки квантования . Процесс квантования должен происходить с адекватной скоростью, ограничение, которое может ограничивать разрешение цифрового сигнала. Многие датчики в научных приборах выдают аналоговый сигнал; температура, давление, pH, интенсивность света и т. Д. Все эти сигналы можно усилить и подать на АЦП для получения цифрового числа , пропорционального входному сигналу.

Энкодер

Некоторые неэлектронные или частично электронные устройства, такие как энкодеры, также могут считаться АЦП. Обычно цифровой выход АЦП представляет собой двоичное число с дополнением до двух, которое пропорционально входу. Кодер может выводить код Грея.

Электрический символ

Содержание

1 Пояснение
- 1.1 Разрешение
  - 1.1.1 Ошибка квантования
  - 1.1.2 Дитеринг
- 1.2 Точность
  - 1.2.1 Нелинейность
- 1.3 Джиттер
- 1.4 Частота дискретизации
  - 1.4.1 Наложение
  - 1.4.2 Передискретизация
- 1.5 Относительная скорость и точность
- 1.6 Принцип скользящей шкалы
2 типа
- 2.1 Прямое преобразование
- 2.2 Последовательное приближение
- 2.3 Сравнение с линейным изменением
- 2.4 Уилкинсон
- 2.5 Интеграция
- 2.6 Дельта-кодирование
- 2.7 Конвейерная передача
- 2.8 Сигма-дельта
- 2.9 Чередование времени
- 2.10 Промежуточный этап FM
- 2.11 Другие типы
3 Коммерческие
4 Приложения
- 4.1 Музыкальные записи
- 4.2 Цифровая обработка сигналов
- 4.3 Научные инструменты
- 4.4 Круговой энкодер
5 Электрический символ
6 Тестирование
7 См. Также
8 Примечания
9 Ссылки
10 Дополнительная литература
11 Внешние ссылки