Загрузка...
Учебная работа. Реферат: Аналого цифровое и цифро аналоговое преобразование сигналов
Тема: АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВОЕ
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. свойства ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
2. ЦИФРОАНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
3. АНАЛОГОЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Перечень Литературы
ВВЕДЕНИЕ
Современный шаг в развитии телефонии, радиовещания, телевидения, записи и проигрывания звука характеризуется тенденцией к переходу на цифровую форму представления инфы. Большая часть первичных сигналов (ток, напряжение, скорость, давление и т. д.) представляются в аналоговой форме, и для обработки их при помощи ЭВМ они преобразуются в цифровой
-разрядный код.
Для управления конфигурацией аналоговых величин по результатам их обработки в ЭВМ нужно производить оборотное преобразование цифровой инфы, в аналоговую.
Преобразование осуществляется при помощи преобразователей цифро-аналоговых (ЦАП) и аналого-цифровых (АЦП). Есть разные способы цифроаналогового и аналого-цифрового преобразования, реализующие разные методы функционирования и надлежащие структуры технической реализации.
Практическая реализация схем ЦАП и АЦП быть может выполнена на базе одной либо нескольких микросхем зависимо от применяемой серии микросхемы и черт преобразователя (разрядности, быстродействия и т. д.).
1. свойства ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Главными чертами преобразователей являются:
1.
это спектр конфигурации входных и выходных величин, который определяется отношением наибольшего значения входной-
либо выходной -Y величин, к наименьшим
(1)
2. Временные свойства:
t; частота квантования
fк
=1/
-выбирается зависимо от диапазона сигнала.
—
Тпр
— интервал времени от начала преобразования до возникновения выходного сигнала с данной точностью. Чем выше точность, тем больше время преобразования. Время преобразования охарактеризовывает быстродействие.
3.
, которая зависит от погрешностей:квантования, инструментальной и погрешности аппаратуры (чувствительности датчика, шага квантования, разрядности преобразователя, точности обработки ЭВМ и т. д.).
4.
, сбои
и
.
2. ЦИФРОАНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Цифро-аналоговый преобразователь (код-аналог) предназначен для преобразования входного сигнала, данного в цифровом коде в аналоговый выходной сигнал.
Существует ряд способов цифро-аналогового преобразования. Более всераспространенным является способ суммирования на одну нагрузку токов либо напряжений с весами 2n
при помощи ключей, управляемых входным цифровым кодом (рис. 1).
Рис. 1. Схема ЦАП
Обширно употребляются ЦАП, выполненные на базе резистивной матрицы, схема которого приведена на рис. 2.
Uo
R Uo
/2 R Uo
/4 R Uo
/8
O
2R 2R 2R 2R 2R
23
22
21
20
Roc
Uвых
О 0
Рис.2. Схема ЦАП на базе резистивной матрицы
Более общие типы электрических ЦАП:
1. широтно-импульсный модулятор
— простой тип ЦАП. Размеренный источник тока либо напряжения временами врубается на время, пропорциональное преобразуемому цифровому коду, дальше приобретенная импульсная последовательность фильтруется аналоговым фильтром низких частот. Таковой метод нередко употребляется для управления скоростью электромоторов, также становится пользующимся популярностью в Hi-Fi (класс аппаратуры) аудиотехнике;
2. ЦАП передискретизации
, такие как дельта-сигма ЦАП, основаны на изменяемой плотности импульсов. Передискретизация дозволяет употреблять ЦАП с наименьшей разрядностью для заслуги большей разрядности итогового преобразования; нередко дельта-сигма ЦАП строится на базе простого однобитного ЦАП, который является фактически линейным. На ЦАП малой разрядности поступает импульсный сигнал с модулированной плотностью импульсов (c неизменной продолжительностью импульса, но с изменяемой скважностью), создаваемый с внедрением отрицательной оборотной связи. Отрицательная оборотная связь выступает в роли фильтра больших частот для шума квантования. Большая часть ЦАП большенный разрядности (наиболее 16 бит) построены на этом принципе вследствие его высочайшей линейности и низкой цены. Быстродействие дельта-сигма ЦАП добивается сотки тыщ отсчетов в секунду, разрядность — до 24 бит. Для генерации сигнала с модулированной плотностью импульсов быть может применен обычной дельта-сигма модулятор первого порядка либо наиболее высочайшего порядка как MASH (англ. Multi stage noise SHaping). С повышением частоты передискретизации смягчаются требования, предъявляемые к выходному фильтру низких частот и улучшается угнетение шума квантования;
3. взвешивающий ЦАП
, в каком любому биту преобразуемого двоичного кода соответствует резистор либо источник тока, присоединенный на общую точку суммирования. Сила тока источника (проводимость резистора) пропорциональна весу бита, которому он соответствует. Таковым образом, все ненулевые биты кода суммируются с весом. Взвешивающий способ один из самых стремительных, но ему характерна низкая точность из-за необходимости наличия набора огромного количества разных прецизионных источников либо резисторов. По данной причине взвешивающие ЦАП имеют разрядность не наиболее восьми бит;
4. цепная R-2R схема
является вариацией взвешивающего ЦАП. В R-2R ЦАП взвешенные значения создаются в специальной схеме, состоящей из резисторов с сопротивлениями R и 2R. Это дозволяет значительно сделать лучше точность по сопоставлению с обыденным взвешивающим ЦАП, т.к. сравнимо просто сделать набор прецизионных частей с схожими параметрами. Недочетом способа является наиболее низкая скорость вследствие паразитной емкости;
5. сегментный ЦАП
содержит по одному источнку тока либо резистору на каждое вероятное один ключ, соответственный входному коду;
6.
гибридные ЦАП
употребляют комбинацию вышеперечисленных методов. Большая часть микросхем ЦАП относится к этому типу; выбор определенного набора методов является компромиссом меж быстродействием, точностью и стоимостью ЦАП.
3. АНАЛОГОЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Аналого-цифровой преобразователь (аналог — код) предназначен для преобразования аналоговой величины в цифровой код. Схема АЦП зависит от способа преобразования и метода его реализации. Ряд схем АЦП содержит в собственном составе ЦАП.
Существует ряд способов аналого-цифрового преобразования: поочередного счета; поразрядного уравновешивания; двойного интегрирования; с преобразованием напряжения в частоту; параллельного преобразования.
Более нередко употребляется способ поразрядного уравновешивания (поочередного преобразования), при всем этом поочередно формируются коды, начиная с числа старшего разряда 2n-1
и завершая младшим (первым). Эти коды поступают на ЦАП, выход которого, сравнивается со входным сигналом.
Рис. 3. Схема ЦАП
В схеме приняты последующие условные обозначения: РПП — регистр поочередных преобразований; ГТИ — генератор тактовых импульсов.
При нажатии клавиши запуск ГТИ вносит в старший разряд РПП единицу, при всем этом код преобразуется в аналоговый сигнал и сравнивается с входным сигналом —
. Зависимо от выхода компаратора ГТИ записывает “1” в последующий разряд, а предшествующий разряд, или оставляется без конфигурации, или обнуляется.
В Фибоначчевых АЦП для поразрядного уравновешивания употребляются 1-числа Фибоначчи (1, 1, 2, 3, 5, 8, . . .).
Достоинство Фибоначчевых АЦП: избыточность кода Фибоначчи дозволяет обнаруживать и исправлять ошибки при наличии помех.
Пример 1
. В итоге квантования по уровню количество уровней квантования при условии, что приведенная среднеквадратическая ошибка квантования не превосходит 0,3%.
Решение:
При данном методе квантования погрешность квантования отрицательная и может принимать значения от
до
. Где
шаг квантования.
Среднеквадратическая ошибка квантования равна:
Приведенная среднеквадратическая ошибка квантования равна:
Если
— количество интервалов разбиения динамического спектра конфигурации входного сигнала, то количество уровней квантования-
равно
.
Количество двоичных разрядов двоичного кода
.
Принимаем
, т. е. для кодировки квантованного сигнала в двоичном коде, с ценой младшего разряда равного шагу квантования и точностью не ниже 0,3% , нужен семиразрядный двоичный код.
Пример 2
. Случайный процесс с корреляционной функцией
квантуется с шагом
Отыскать погрешность представления такового процесса Котельникова зависимо от характеристик
и
если
Решение:
Спектральная плотность этого процесса равна
Определим погрешность, связанную с усечением диапазона сигнала по формуле:
Найдем значения спектральных плотностей
При всем этом выражение для погрешности усечения случайного сигнала имеет вид
Подставив F
определяемое в согласовании с аксиомой Котельникова, найдем
.
Если задана величина погрешности, можно найти шаг квантования.
Перечень Литературы
1. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерение их характеристик. Под редакцией Марцинкявючеса. М.: Радио и связь. 1988 –224с.
2. Валах В.В., Григорьев В.Ф., Быстродействующие АЦП для измерения формы случайных сигналов М.: Приборы и техника эксперемента. 1987. №4 с.86-90
3. Жан М. Рабаи, Ананта Чандракасан, Боривож Николич Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования = Digital Integrated Circuits. — 2-ое изд. — М.: «Вильямс», 2007. — С. 912.
4. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника.: Учебное пособие для вузов:-2-е издание, переработанное и дополненное-СПб: БХВ — петербург, 2005. — 800с.
5. Федерков Б.Г., Телец В.А., Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, характеристики, применение. М.: Энергоиздат, 1990. –320с.
6. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. В 3-х томах: Т. 2. Пер. с англ. — 4-е изд., перераб. и доп.— М.: мир, 1993. — 371 с.
]]>