Κατανόηση μετατροπέων αναλογικού προς ψηφιακό: αποκρυπτογράφηση της ανάλυσης και του ρυθμού δειγματοληψίας

دورة صيانة شاشات العرض بالسائل البلورى المقدمة - LCD Monitor repair course (Ενδέχεται 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Κατανόηση μετατροπέων αναλογικού προς ψηφιακό: αποκρυπτογράφηση της ανάλυσης και του ρυθμού δειγματοληψίας


Ίσως δύο από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τη διαδικασία επιλογής για μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό (ADC) είναι η ανάλυση και ο ρυθμός δειγματοληψίας. Πριν από οποιαδήποτε επιλογή μπορεί να γίνει αυτοί οι δύο παράγοντες πρέπει να εξεταστούν προσεκτικά. Θα επηρεάσουν τα πάντα στη διαδικασία επιλογής από την τιμή στην υποκείμενη αρχιτεκτονική του αναλογικού προς ψηφιακό μετατροπέα που απαιτείται. Προκειμένου να προσδιοριστεί σωστά η σωστή ανάλυση και ο σωστός ρυθμός δειγματοληψίας για μια συγκεκριμένη εφαρμογή, θα πρέπει να ληφθεί μια λογική κατανόηση αυτών των χαρακτηριστικών.

Αυτό που ακολουθεί εδώ είναι μερικές μαθηματικές περιγραφές των όρων που σχετίζονται με την αναλογική προς ψηφιακή μετατροπή. Τα μαθηματικά είναι σημαντικά, αλλά οι έννοιες που αντιπροσωπεύει είναι ακόμα πιο σημαντικές. Εάν μπορείτε να αντέξετε μέσω των μαθηματικών και να κατανοήσετε τις έννοιες που εισάγονται, θα είστε σε θέση να περιορίσετε τον αριθμό των κατάλληλων ADCs για την αίτησή σας και η επιλογή θα γίνει πολύ πιο εύκολη.

Ποσοτικοποίηση

Ένας μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό μετατρέπει ένα συνεχές σήμα, είτε μια τάση είτε ένα ρεύμα, σε μια ακολουθία αριθμών που αντιπροσωπεύονται από διακριτά επίπεδα λογικής. Ο όρος "ποσοτικοποίηση" αναφέρεται στη διαδικασία μετατροπής μιας μεγάλης σειράς τιμών σε ένα μικρότερο σύνολο ή σε ένα διακριτό σύνολο τιμών. Μαθηματικά, ένα ADC μπορεί να περιγραφεί ως ποσοτικοποίηση μιας συνάρτησης με ένα μεγάλο πεδίο για να παράγει μια λειτουργία με μικρότερο πεδίο.

Σφάλμα ποσοτικοποίησης

Το σφάλμα ποσοτικοποίησης είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη διαφορά μεταξύ του αρχικού σήματος και της διακριτής αναπαράστασης του σήματος.

Εξετάστε το σήμα στο παραπάνω σχήμα. Η ισχύς του σήματος μπορεί να οριστεί όπως φαίνεται στην παρακάτω εξίσωση.

Το δειγματοληπτικό σήμα y (t) μπορεί να οριστεί μαθηματικά όπως φαίνεται στην παρακάτω εξίσωση.

Η λειτουργία Delta delta είναι χρήσιμη στην περιγραφή της έννοιας της δειγματοληψίας μαθηματικά και θα είναι χρήσιμη κατά την εξέταση των σημάτων στον τομέα των συχνοτήτων. Αξίζει να σημειωθεί, ωστόσο, ότι στην πραγματική ηλεκτρονική ζωή, αυτές οι λειτουργίες δεν υπάρχουν. Αντ 'αυτού, αυτά αντικαθίστανται από παλμούς που είναι κοντά σε ορθογώνια.

Το κριτήριο Nyquist και το Θεώρημα του Shannon

Προκειμένου να προσδιοριστεί ο απαιτούμενος ρυθμός δειγματοληψίας, είναι απαραίτητο να ρίξουμε μια ματιά στο πεδίο συχνοτήτων του αναλογικού σήματος. Αυτό απαιτεί πάλι μερικά μαθηματικά προαπαιτούμενα. Ο μετασχηματισμός Fourier του w (t) μπορεί να οριστεί όπως φαίνεται στην παρακάτω εξίσωση.

Ως αποτέλεσμα του κριτηρίου Nyquist, γίνεται σαφές ότι για να προσδιορίσουμε σωστά το σωστό ADC για μια εφαρμογή, πρέπει να γνωρίζουμε το φασματικό περιεχόμενο του αναλογικού σήματος.

Ένας τρόπος για να διασφαλιστεί ότι το κριτήριο Nyquist πληρείται είναι να φιλτράρει το αναλογικό σήμα πριν από την ψηφιοποίηση. Αυτό είναι γνωστό ως φίλτρο κατά της αλλοιώσεως. Εάν γνωρίζουμε τη ζώνη συχνοτήτων που μας ενδιαφέρει, μπορούμε να φιλτράρουμε το αναλογικό σήμα με ένα φίλτρο κατά της αλλοιώσεως για να διασφαλίσουμε ότι δεν υπάρχουν συχνότητες εκτός αυτού του εύρους πριν από την ψηφιοποίηση του σήματος με ένα ADC.

Αν κοιτάξουμε ξανά την παραπάνω εικόνα, μπορεί εύκολα να φανεί ότι μετά το φιλτράρισμα με ένα κατάλληλο φίλτρο το φάσμα είναι ακριβώς το ίδιο με αυτό του αρχικού σήματος. Δεν χάνονται πληροφορίες και το αρχικό σήμα μπορεί να ανακατασκευαστεί. Αυτό είναι γνωστό ως Θεώρημα του Σάνον.

Χαρακτηριστικό 2: Ρυθμός δειγματοληψίας - Η συχνότητα με την οποία γίνεται η δειγματοληψία του αναλογικού σήματος.

Και ο ρυθμός δειγματοληψίας ADC και η ανάλυση πρέπει να εξεταστούν προσεκτικά κατά τον προσδιορισμό του ADC που απαιτείται για μια εφαρμογή. Συχνά, πρέπει να επιτευχθεί ένας συμβιβασμός μεταξύ του ρυθμού δειγματοληψίας και της ανάλυσης, προκειμένου να ψηφιοποιηθεί με ακρίβεια και με ακρίβεια ένα αναλογικό σήμα. Προτού καθορίσετε ένα ADC, είναι σημαντικό να γνωρίζετε ποιος είναι ο ρυθμός δειγματοληψίας και ποια ανάλυση απαιτείται. Πρέπει να γίνει προσεκτική ανάλυση του αναλογικού σήματος και των ψηφιακών πόρων που απαιτούνται για τη διεκπεραίωση των ψηφιακών δεδομένων, προκειμένου να καθοριστεί σωστά η απαιτούμενη ανάλυση και ο ρυθμός δειγματοληψίας. Αυτό είναι ένα πολύ μικρό μέρος της πλήρους εικόνας, αλλά παρέχει μια εισαγωγή σε μερικές από τις βασικές έννοιες που σχετίζονται με μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό. Με την καλύτερη κατανόηση του ποσοστού και του θεωρήματος δειγματοληψίας, μπορούμε να διευκολύνουμε τη διαδικασία επιλογής σε ένα ορισμένο βαθμό συστηματικά προσδιορίζοντας το καλύτερο ADC για την εργασία.

Από εδώ είναι απαραίτητο να εξετάσουμε συγκεκριμένες αρχιτεκτονικές ADC για να καθορίσουμε το καλύτερο ADC για την εργασία. Αυτό περιλαμβάνει:

  • Διαδοχικά Μητρώα Προσέγγισης ADCs
  • Delta-Sigma ADCs
  • Flash ADCs

Επόμενο άρθρο στη Σειρά: Κατανόηση του Διαδοχικού Μητρώου Προσέγγισης ADC