Аналогово-цифровые преобразователи

  • 06 сент. 2011 г.
  • 3828 Слова
аналого-цифровых преобразователей и их особенности. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) представляют собой устройства, предназначенные для преобразования электрических величин (напряжения, тока, мощности, сопротивления, емкости и др.) в цифровой код [1,2,5,9,10,11]. Наиболее часто входной величиной является напряжение. Все другие величины перед подачей на такой АЦП нужно предварительнопреобразовывать в на-пряжение. Однако на практике находят применение также преобра-зователи, например, сопротивления или емкости в цифровой код без промежуточного преобразования в напряжение. Обычно это позволяет уменьшить погрешность преобразования, но усложняет проектирование преобразователя и его изготовление. Последнее объясняется тем, что серийные промышленные микросхемы АЦП предназначены только для работыс напряжением. Поэтому в дальнейшем будут рассмотрены только преобразователи напряжения в цифровой код.
В общем случае напряжение характеризуется его мгновенным значением u(t). Однако для оценки напряжения можно также пользоваться его средним за выбранный промежуток времени Т значением:
.
В связи с этим все типы АЦП можно разделить на двегруппы: АЦП мгновенных значений напряжения и АЦП средних значений напряжения. Так как операция усреднения предполагает интегрирование мгновенного значения напряжения, то АЦП средних значений часто называют интегрирующими.
При преобразовании напряжения в цифровой код используются три независимых операции: дискретизация, квантование и кодирование. Процедура аналого-цифрового преобразованиянепрерывного сигнала представляет собой преобразование непрерывной функции напряжения u(t) в последовательность чисел u(tn), где п=0, 1,2 ... , отнесенных к некоторым фиксированным моментам времени. При дискретизации непрерывная функция u(t) преобразуется в последовательность ее отсчетов u(tn), как показано на рис.14.1,а.
Вторая операция, называемая квантованием, состоит в том, что мгновенные значения функцииu(t) ограничиваются только определенными уровнями, которые называются уровнями квантования. В результате квантования непрерывная функция u(t) принимает вид ступенчатой кривой uк(t), показанной на рис. 14.1,б.

Рис.14.1. Процесс дискретизации (а) и квантования (б) сигнала u(t)
Третья операция, называемая кодированием, представляет дискретные квантованные величины в видецифрового кода, т.е. последовательности цифр, подчинённых определённому закону. С помощью операции кодирования осуществляется условное представление численного значения величины.
В основе дискретизации сигналов лежит принципиальная возможность представления их в виде взвешенных сумм:
,
где аn – некоторые коэффициенты или отсчёты, характеризующие исходныйсигнал в дискретные моменты времени, fn(t) – набор элементарных функций, используемый при восстановлении сигнала по его отсчётам.
Дискретизация бывает равномерная и неравномерная. При равномерной дискретизации период отсчётов Т остаётся постоянным, а при неравномерной – период может изменяться. Неравномерная дискретизация чаще всего обусловлена скоростью изменения сигнала и потому называетсяадаптивной.
В основе равномерной дискретизации лежит теорема отсчётов, согласно которой в качестве коэффициентов аn нужно использовать мгновенные значения сигнала u(tn) в дискретные моменты времени tn=Tn, а период дискретизации выбирать из условия T=(2fm)-1, где fm- максимальная частота в спектре исходного сигнала.
Для сигналов с ограниченным спектром теорема отсчётов имеет види называется формулой Котельникова.
При дискретизации сигнала появляется погрешность, обусловленная конечным временем одного преобразования и неопределенностью момента времени его окончания. В результате вместо равномерной дискретизации получаем дискретизацию с переменным периодом. Такая погрешность называется апертурной. Если считать, что апертурная...
tracking img