03 - Przetwarzanie analogowo-cyfrowe

SAVE OFFLINE

Podstawy metrologii Przetwarzanie analogowo-cyfrowe

Andrzej Wetula

Wydział EAIiIB, Katedra Metrologii i Elektroniki

28 listopada 2012

1/40

Teoria

2/40

Sygnał analogowy, impulsowy i cyfrowy

analogowy: X (t), X ∈ < impulsowy: X (nT ), X ∈ < cyfrowy: N(nT ), N ∈ ℵ

3/40

Próbkowanie Sygnał analogowy

1

0.5

0

-0.5

-1 0

0.2

0.4

0.6

4/40

0.8

1

Próbkowanie Sygnał analogowy i impulsowy

1

0.5

0

-0.5

-1 0

0.2

0.4

0.6

5/40

0.8

1

Próbkowanie Sygnał impulsowy

1

0.5

0

-0.5

-1 0

0.2

0.4

0.6

6/40

0.8

1

Ograniczenie pasma przy próbkowaniu fs = 50Hz, fp = 1033Hz

1

0.5

0

-0.5

-1 0

0.05

0.1

0.15

7/40

0.2

0.25

Ograniczenie pasma przy próbkowaniu fs = 50Hz, fp = 1033Hz, dodatkowo syg. analogowy

1

0.5

0

-0.5

-1 0

0.05

0.1

0.15

8/40

0.2

0.25

Ograniczenie pasma przy próbkowaniu fs = 50Hz, fp = 153Hz

1

0.5

0

-0.5

-1 0

0.05

0.1

0.15

9/40

0.2

0.25

Ograniczenie pasma przy próbkowaniu fs = 50Hz, fp = 153Hz, dodatkowo syg. analogowy

1

0.5

0

-0.5

-1 0

0.05

0.1

10/40

0.15

0.2

0.25

Ograniczenie pasma przy próbkowaniu fs = 50Hz, fp = 53Hz

1

0.5

0

-0.5

-1 0

0.05

0.1

11/40

0.15

0.2

0.25

Ograniczenie pasma przy próbkowaniu fs = 50Hz, fp = 153Hz, KTÓRY syg. analogowy?

1

0.5

0

-0.5

-1 0

0.05

0.1

12/40

0.15

0.2

0.25

Ograniczenie pasma przy próbkowaniu Twierdzenie o próbkowaniu

fp > 2fmax

13/40

(1)

Techniki próbkowania

Standardowe, fp > 2fmax Nadpróbkowanie, fp >> 2fmax Podpróbkowanie, fp < 2fmax Wąskopasmowe

14/40

Kwantowanie 3 bity - 8 stanów

1 0.5 0 -0.5 -1 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.15 0.1 0.05 0 -0.05 -0.1 -0.15

15/40

Kwantowanie 4 bity - 16 stanów

1 0.5 0 -0.5 -1 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.15 0.1 0.05 0 -0.05 -0.1 -0.15

16/40

Kwantowanie 8 bitów - 256 stanów

1 0.5 0 -0.5 -1 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.15 0.1 0.05 0 -0.05 -0.1 -0.15

17/40

Kodowanie

Postawowe kody stosowane w przetwarzaniu A/C: naturalny binarny przesunięty binarny uzupełnień do 2 Inne spotykane kody cyfrowe: unitarny i pierścienowy zmiennoprzecinkowe

18/40

Podstawowe błędy przetwarzania A/C

rozdzielczości nieliniowości różniczkowy nieliniowości całkowy przesunięcia zera wzmocnienia

19/40

Parametry przetworników analogowo-cyfrowych

rozdzielczość bitowa częstotliwość próbkowania zakres napięć wejściowych współczynnik sygnał/szum (SNR) zawartość zniekształceń i szumu (THD+N) kod i interfejs wyjściowy

20/40

Elementy składowe

21/40

Układ próbkująco-pamiętający

fp x1

Uwe

Uwy

22/40

Multiplekser analogowy

sterowanie

adres

Uwe1 Uwe2 Uwy Uwe3 Uwe4

23/40

Komparator

Uwy

(U+) - (U-)

24/40

Przetworniki analogowo-cyfrowe

25/40

Przetwornik z sumowaniem napięć

0

R

1

2R

0 ...

4R

+

...

...

... Uref

26/40

Uwy

Przetwornik z drabinką R-2R

Iref

R

R

2R

1

2R

1

0

2R

1 0

R 2R 2R

+

0

1 0

27/40

Uwy

Przetwornik z modulacją szerokości impulsu

N

Filtr dolnoprzepustowy

Generator PWM

28/40

U

Przetwornik z modulacją szerokości impulsu 8bit, n=10

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0

0.05

0.1

29/40

0.15

0.2

Przetwornik z modulacją szerokości impulsu 8bit, n=100

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0

0.05

0.1

30/40

0.15

0.2

Przetwornik z modulacją szerokości impulsu 8bit, n=200

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0

0.05

0.1

31/40

0.15

0.2

Przetworniki analogowo-cyfrowe

32/40

Przetwornik z bezpośrednim porównaniem Uwe

R

R

R

K

K

K

K

R

R

K

33/40

KONWERSJA KODU

R

...

Uref

n

Przetwornik propagacyjny

Uwe

+ -

+

x2

-

+

x2

-

x2

+

+

+

+

-

-

-

-

K

Uref/2

K

K

Rejestr wyjściowy n

34/40

K

Przetwornik kompensacyjny Budowa

fclk Uwe

Układ ster.

K

Rejestr wyjściowy

C/A Uref

35/40

n

Przetwornik kompensacyjny Kompensacja wagowa

U Umax

Uwe

t

Uk

1

0

0

1

36/40

0

1

=

37

Przetwornik dwukrotnie całkujący Budowa

UKŁAD STER. Uwe K

LICZNIK

Uref fclk

REJESTR WYJ.

n

37/40

Przetwornik dwukrotnie całkujący Przebiegi napięć

Uint Uwe3 Uwe2 Uwe1

t Uclk

t

Ucnt0 Ucnt1

t t0

t t1

Ucnt2

t t2

Ucnt3

t t3

38/40

Przetwornik delta-sigma

Uwe

+ -

K

D

Q

Filtr decymacji

n fclk

K*fclk

Uref

39/40

Modulator delta Przebiegi napięć

40/40