8-900-374-94-44
Аналого-цифровой преобразователь АЦП
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, англ. Analog-to-digital converter, ADC)— устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП (цифро-аналогового преобразователя, DAC). Как правило, АЦП — электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. Тем не менее некоторые неэлектронные устройства с цифровым выходом следует также относить к АЦП, например, некоторые типы преобразователей угол-код. Простейшим одноразрядным двоичным АЦП является компаратор.
Разрешение АЦП — минимальное изменение величины аналогового сигнала, которое может быть преобразовано данным АЦП — связано с его разрядностью. В случае единичного измерения без учёта шумов разрешение напрямую определяется разрядностью АЦП.
8=6561. Разрешение по напряжению равно разности напряжений, соответствующих максимальному и минимальному выходному коду, делённой на количество выходных дискретных значений. На практике разрешение АЦП ограничено отношением сигнал/шум входного сигнала. При большой интенсивности шумов на входе АЦП различение соседних уровней входного сигнала становится невозможным, то есть ухудшается разрешение. При этом реально достижимое разрешение описывается эффективной разрядностью (effective number of bits, ENOB), которая меньше, чем реальная разрядность АЦП. При преобразовании сильно зашумлённого сигнала младшие разряды выходного кода практически бесполезны, так как содержат шум. Для достижения заявленной разрядности отношение сигнал/шум входного сигнала должно быть примерно 6 дБ на каждый бит разрядности (6 дБ соответствует двукратному изменению уровня сигнала).
По способу применяемых алгоритмов АЦП делят на:
Передаточная характеристика АЦП — зависимость числового эквивалента выходного двоичного кода от величины входного аналогового сигнала.
k (где \delta — шаг дискретизации, k лежит в диапазоне 0..N, где N — разрядность АЦП), были от неё равноудалены.
Линейные АЦП Большинство АЦП считаются линейными, хотя аналого-цифровое преобразование, по сути, является нелинейным процессом (поскольку операция отображения непрерывного пространства в дискретное — операция нелинейная). Термин линейный применительно к АЦП означает, что диапазон входных значений, отображаемый на выходное цифровое значение, связан по линейному закону с этим выходным значением, то есть выходное значение k достигается при диапазоне входных значений от m(k + b) до m(k + 1 + b), где m и b — некоторые константы. Константа b, как правило, имеет значение 0 или −0.5. Если b = 0, АЦП называют квантователь с ненулевой ступенью (mid-rise), если же b = −0,5, то АЦП называют квантователь с нулём в центре шага квантования (mid-tread).
Нелинейные АЦП Если бы плотность вероятности амплитуды входного сигнала имела равномерное распределение, то отношение сигнал/шум (применительно к шуму квантования) было бы максимально возможным.
По этой причине обычно перед квантованием по амплитуде сигнал пропускают через безынерционный преобразователь, передаточная функция которого повторяет функцию распределения самого сигнала. Это улучшает достоверность передачи сигнала, так как наиболее важные области амплитуды сигнала квантуются с лучшим разрешением. Соответственно, при цифро-аналоговом преобразовании потребуется обработать сигнал функцией, обратной функции распределения исходного сигнала.
Это тот же принцип, что и используемый в компандерах, применяемых в магнитофонах и различных коммуникационных системах, он направлен на максимизацию энтропии. (Не путать компандер с компрессором!) Например, голосовой сигнал имеет лапласово распределение амплитуды. Это означает, что окрестность нуля по амплитуде несёт больше информации, чем области с большей амплитудой. По этой причине логарифмические АЦП часто применяются в системах передачи голоса для увеличения динамического диапазона передаваемых значений без изменения качества передачи сигнала в области малых амплитуд.
8-битные логарифмические АЦП с a-законом или μ-законом обеспечивают широкий динамический диапазон и имеют высокое разрешение в наиболее критичном диапазоне малых амплитуд; линейный АЦП с подобным качеством передачи должен был бы иметь разрядность около 12 бит.
Точность Имеется несколько источников погрешности АЦП. Ошибки квантования и (считая, что АЦП должен быть линейным) нелинейности присущи любому аналого-цифровому преобразованию. Кроме того, существуют так называемые апертурные ошибки, которые являются следствием джиттера (англ. jitter) тактового генератора, они проявляются при преобразовании сигнала в целом (а не одного отсчёта). Эти ошибки измеряются в единицах, называемых МЗР — младший значащий разряд (англ.). В приведённом выше примере 8-битного двоичного АЦП ошибка в 1 МЗР составляет 1/256 от полного диапазона сигнала, то есть 0,4 %, в 5-тритном троичном АЦП ошибка в 1 МЗР составляет 1/243 от полного диапазона сигнала, то есть 0,412 %, в 8-тритном троичном АЦП ошибка в 1 МЗР составляет 1/6561, то есть 0,015 %.
Частота дискретизации Аналоговый сигнал является непрерывной функцией времени, в АЦП он преобразуется в последовательность цифровых значений. Следовательно, необходимо определить частоту выборки цифровых значений из аналогового сигнала. Частота, с которой производятся цифровые значения, получила название частота дискретизации АЦП. Непрерывно меняющийся сигнал с ограниченной спектральной полосой подвергается оцифровке (то есть значения сигнала измеряются через интервал времени T — период дискретизации), и исходный сигнал может быть точно восстановлен из дискретных во времени значений путём интерполяции. Точность восстановления ограничена ошибкой квантования. Однако в соответствии с теоремой Котельникова — Шеннона точное восстановление возможно, только если частота дискретизации выше, чем удвоенная максимальная частота в спектре сигнала. Поскольку реальные АЦП не могут произвести аналого-цифровое преобразование мгновенно, входное аналоговое значение должно удерживаться постоянным, по крайней мере, от начала до конца процесса преобразования (этот интервал времени называют время преобразования).
Наложение спектров Все АЦП работают путём выборки входных значений через фиксированные интервалы времени. Следовательно, выходные значения являются неполной картиной того, что подаётся на вход. Глядя на выходные значения, нет никакой возможности установить, как вёл себя входной сигнал между выборками. Если известно, что входной сигнал меняется достаточно медленно относительно частоты дискретизации, то можно предположить, что промежуточные значения между выборками находятся где-то между значениями этих выборок. Если же входной сигнал меняется быстро, то никаких предположений о промежуточных значениях входного сигнала сделать нельзя, а следовательно, невозможно однозначно восстановить форму исходного сигнала.
основные способы построения электронных АЦП:
{n/k}-1), где n — число битов выходного кода, а k — число параллельных АЦП прямого преобразования), требующееся для преобразования аналогового сигнала в цифровой (при 8-ми битах и 2-х АЦП требуется 30 компараторов). Используют два или более (k) шага-поддиапазона. Содержат в своем составе k параллельных АЦП прямого преобразования. Второй, третий и т. д. АЦП служат для уменьшения ошибки квантования первого АЦП путем оцифровки этой ошибки. На первом шаге производится грубое преобразование (с низким разрешением). Далее определяется разница между входным сигналом и аналоговым сигналом, соответствующим результату грубого преобразования (со вспомогательного ЦАП, на который подаётся грубый код). На втором шаге найденная разница подвергается преобразованию, и полученный код объединяется с грубым кодом для получения полного выгодного цифрового значения. АЦП этого типа медленнее параллельных АЦП прямого преобразования, имеют высокое разрешение и небольшой размер корпуса. Для увеличения скорости выходного оцифрованного потока данных в параллельно-последовательных АЦП прямого преобразования применяется конвейерная работа параллельных АЦП.
1-1)=n, где n — число битов выходного кода, а k — число параллельных АЦП прямого преобразования) уменьшают количество компараторов (при 8-ми битах требуется 8 компараторов). Троичные АЦП этого вида приблизительно в 1,5 раза быстрее соизмеримых по числу уровней и аппаратным затратам двоичных АЦП этого же вида[6].
Если значение входного сигнала больше значения на вспомогательном ЦАП, то определяемый бит получает значение 1, в противном случае 0. Таким образом, определение итогового цифрового значения напоминает двоичный поиск. АЦП этого типа обладают одновременно высокой скоростью и хорошим разрешением. Однако при отсутствии устройства выборки хранения погрешность будет значительно больше (представьте, что после оцифровки самого большого разряда сигнал начал меняться).
АЦП этого типа имеют очень большой диапазон входного сигнала и высокое разрешение, но время преобразования зависит от входного сигнала, хотя и ограничено сверху. В худшем случае время преобразования равно Tmax=(2q)/fс, где q — разрядность АЦП, fс — частота тактового генератора счётчика. АЦП дифференциального кодирования обычно являются хорошим выбором для оцифровки сигналов реального мира, так как большинство сигналов в физических системах не склонны к скачкообразным изменениям. В некоторых АЦП применяется комбинированный подход: дифференциальное кодирование и последовательное приближение; это особенно хорошо работает в случаях, когда известно, что высокочастотные компоненты в сигнале относительно невелики.
Пилообразный сигнал линейно нарастает от нижнего до верхнего уровня, затем быстро спадает до нижнего уровня. В момент начала нарастания запускается счётчик времени. Когда пилообразный сигнал достигает уровня входного сигнала, компаратор срабатывает и останавливает счётчик; значение считывается со счётчика и подаётся на выход АЦП. Данный тип АЦП является наиболее простым по структуре и содержит минимальное число элементов. Вместе с тем простейшие АЦП этого типа обладают довольно низкой точностью и чувствительны к температуре и другим внешним параметрам. Для увеличения точности генератор пилообразного сигнала может быть построен на основе счётчика и вспомогательного ЦАП, однако такая структура не имеет никаких других преимуществ по сравнению с АЦП последовательного приближения и АЦП дифференциального кодирования.
Преобразование происходит в два этапа (двухстадийное интегрирование). На первом этапе значение входного напряжения преобразуется в ток (пропорциональный входному напряжению), который подаётся на интегратор тока, заряд которого изначально равен нулю. Этот процесс длится в течение времени TN, где T — период тактового генератора, N — константа (большое целое число, определяет время накопления заряда). По прошествии этого времени вход интегратора отключается от входа АЦП и подключается к генератору стабильного тока. Полярность генератора такова, что он уменьшает заряд, накопленный в интеграторе. Процесс разряда длится до тех пор, пока заряд в интеграторе не уменьшится до нуля. Время разряда измеряется путём счёта тактовых импульсов от момента начала разряда до достижения нулевого заряда на интеграторе. Посчитанное количество тактовых импульсов и будет выходным кодом АЦП. Можно показать, что количество импульсов n, посчитанное за время разряда, равно: n=UвхN(RI0)−1, где Uвх — входное напряжение АЦП, N — число импульсов этапа накопления (определено выше), R — сопротивление резистора, преобразующего входное напряжение в ток, I0 — значение тока от генератора стабильного тока, разряжающего интегратор на втором этапе.
Таким образом, потенциально нестабильные параметры системы (прежде всего, ёмкость конденсатора интегратора) не входят в итоговое выражение. Это является следствием двухстадийности процесса: погрешности, введённые на первом и втором этапах, взаимно вычитаются. Не предъявляются жёсткие требования даже к долговременной стабильности тактового генератора и напряжению смещения компаратора: эти параметры должны быть стабильны лишь кратковременно, то есть в течение каждого преобразования (не более 2TN). Фактически принцип двухстадийного интегрирования позволяет напрямую преобразовывать отношение двух аналоговых величин (входного и образцового тока) в отношение числовых кодов (n и N в терминах, определённых выше) практически без внесения дополнительных ошибок. Типичная разрядность АЦП этого типа составляет от 10 до 18[источник не указан 682 дня] двоичных разрядов. Дополнительным достоинством является возможность построения преобразователей, нечувствительных к периодическим помехам (например, помеха от сетевого питания) благодаря точному интегрированию входного сигнала за фиксированный временной интервал.
Недостатком данного типа АЦП является низкая скорость преобразования. АЦП с уравновешиванием заряда используются в измерительных приборах высокой точности.
Pinnacle — это уважаемый по всему миру лидер букмекерской индустрии с двадцатилетней историей онлайн-ставок. Еще с 2010 года компания принимает букмекерские прогнозы на киберспортивные мероприятия и не желает останавливаться.
Роли в League of Legends – один из важнейших элементов игры. Если вы не знаете, что за роли существуют в LoL и на что они влияют, будет очень тяжело понять происходящее в матче. Например, почему стоящий вооон там персонаж никого не атакует? Если вы когда-нибудь задавали себе подобные вопросы, наш материал объяснит вам все, что нужно знать об этом.
AD CARRY / КЕРРИADC или AD Carry (англоязычная аббревиатура Attack-Damage Carry), как правило, наносит больше всего урона противникам. Как правило, ADC наносит значительный ущерб всем врагам, кроме возможного танка. Это преимущество компенсирует «мягкостью» персонажа – керри легко и быстро умирает, поскольку имеет довольно мало здоровья и защиты.
Поэтому на помощь ADC приходит саппорт.
Обычно керри становятся чемпионы дальнего боя (также из-за низкого запаса здоровья). Основной целью ADC во время лайнинга является устранение ADC соперника, а командных сражениях он должен расставить приоритеты и атаковать наиболее важную цель. Чемпионы этого типа обычно выполняют одну из основных ролей и располагаются на нижней линии.
В редких случаях стрелок вместе с саппортом меняет линию и перемещается на верхнюю часть карты. Это происходит в матчах высокого уровня, если у одной из сторон есть сильный игрок, способный выстоять на линии в одиночку. В таких случаях перестановка (или «свап» линиями) может обеспечить преимущество на старте игры.
Игрок поддержки (или «саппорт») неизменно связан с ADC, а его главная задача – любым способом помочь керри в совершении убийств и защищать его в сражениях, а также обеспечивать обзор ADC и другим членам команды с помощью вардов.
Обычно у саппортов мало урона и большое количество здоровья, за счет чего их используют для отвлечения внимания противника или нанесения урона танку.
Саппорты используются для поддержки AD Carry на лайнинг-стадии, однако в дальнейшем могут сыграть большую роль в командных сражениях. Такие чемпионы поддержки, как Треш, могут использовать свои способности, чтобы «зацепить» вражеского персонажа и начать сражение. Например, если Треш удачно начнет сражение против ADC, вся команда сразу бросится в бой.
Это не всегда работает, но порой герои типа Жанны могут как инициировать, так и предотвратить командное сражение, используя Муссон. Сона с помощью своего ультимейта Крещендо также может определять, произойдет тимфайт или нет.
Существуют разные чемпионы поддержки; одни более оборонительны, а другие нацелены на агрессию. Но большинство саппортов имеют способности и для того, и для другого.
В Ущелье Призывателей (официальное название карты League of Legends) три линии, но целых пять чемпионов. Поэтому лесник (или «джанглер») большую часть времени проводит в области карты между линиями – ее называют лесом. Основная цель лесника в том, чтобы использовать наибольшее число золота и опыта, которые есть в Ущелье Призывателей.
Большую часть времени в начале игры джанглер проводит в лесу, что позволяет ему зарабатывать опыт и золота и начать ганги. Обычно это происходит в течение первых минут игры или на в промежутке между 4 и 7 минутах. Помимо гангов на линии, лесник также важен для обеспечения обзора в районе Дракона и Барона, а также поддерживает своего чемпиона на центральной линии.
Контроль леса позволяет команде следить за основными точками на карте. Особенно это важно на раннем этапе, когда выигрывается или проигрывается большинство игр.
Как правило, верхнюю линию единолично занимает танк, если только команда не планирует свап.
Есть несколько типов чемпионов для топ-линии, однако команды чаще всего используют на верхней части карты персонажей-танков. Такие чемпионы могут выдержать большое количество урона, прежде чем погибнут. В сражении они привлекают к себе внимание, пытаясь оглушить или атаковать вражеского AD Carry.
Такие чемпионы, как Мальфит, не только имеют высокие базовые характеристики здоровья и защиты, но также способны моментально инициировать тимфайт с вражеской командой на стадии лайнинга или на последнем этапе игры. Кроме того, игроки недооценивают возможность топ-чемпионов к гангам.
Обычно такого не происходит, если чемпионы не покидают свои линии. Однако если персонаж с верхней линии перемещается в сторону центра карты, это отличная возможность, чтобы застать соперника врасплох и совершить убийство.
Отвлекая внимание вражеской команды на себя, танк позволяет тиммейтам с большим количеством урона уничтожать соперника. Для топ-чемпионов важна стадия лайнинга; персонаж должен набрать силу к основной части игры.
Центральную линию карты практически всегда занимает APC (Ability-Power Carry). Наряду с ADC это чемпион, который наносит большое количество урона. Чаще всего на роль APC выбирают персонажей дальнего боя, однако в зависимости от пика в центре могут появиться такие герои, как Диана, которая способна быстро сокращать дистанцию до соперника.
Чемпионы дальнего боя (например, Ари) также используют способности, которые достигают противника на расстоянии. В результате соперник теряет безопасную позицию перед использованием ультимейта. Однако способные на это персонажи невероятно хлипкие из-за низких базовых характеристик защиты и скорости.
Чемпион на средней линии невероятно важен, так как это центр карты, и его можно ганкать с разных позиций. Хорошее понимание игры, а также хороший обзор карты очень важен для этой роли, так как противники могут очень легко переместиться в центр и подкрасться сзади.
Когда появляется возможность ганга, способности некоторых мидлейнеров (например, Катарины) помогают быстро избавиться от крипов и переместиться на другую часть карты в зависимости от текущей ситуации.
Он может объединить усилия с лесником, чтобы получить численное преимущество на линии.
Обычно распределение ролей в игре выглядит так:
Этот лайн-ап обычно не меняется, только если вы не решите собраться вместе, пикнув пять мощных AD Carry.
Причина этого в том, что каждый чемпион может справиться со своей линией. Как упоминалось ранее, топер имеет более высокие характеристики, что дает ему возможность в одиночку защищать верхнюю линию. Центральная линия должна быть самодостаточной и иметь перспективы в гангах, джанглер располагается в лесу, а нижняя линия принадлежит ADC и помогающему ему саппорту.
Однако распределение чемпионов на линиях зависит не только от этого; влияние оказывает также контроль основных точек на карте. Говоря другими словами, нижняя линия ближе к Дракону, что позволяет леснику атаковать бот и мид, в то время как Барон располагается ближе к верхней линии.
Например, ротация персонажей на линиях расскажет о вам о том, как закончится стадия лайнинга. Наблюдение за лесником, приближающемся к очередному гангу, может сообщить, кто получит преимущество в будущем. Также стоит обратить внимание на то, насколько хороший обзор имеет AD Carry и как располагается его саппорт – как вы понимаете, все это поможет вашим ставкам на League of Legends в лайве.
Ставки на любую киберспортивную дисциплину без понимания игры – не лучший выход. Понимание ролей в League of Legends поможет вам понять, что происходит в любой момент матча и что может произойти в будущем; а затем выработать стратегию ставок или просто наслаждаться игрой.
Статья подготовлена экспертом Pinnacle — уважаемым по всему миру лидером букмекерской индустрии с двадцатилетней историей онлайн-ставок.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) — один из основных строительных блоков современных систем сбора данных (также известных как системы сбора данных или DAS).
Эти системы состоят из следующих основных компонентов:
Преобразователи АЦП играют большую роль в современных системах сбора цифровых данных.
Узнайте больше о сборе данных:
Сбор данных (DAQ) — полное руководствоПолное руководство по сбору данных (DAQ). Узнайте, как работают системы сбора данных и каковы основные элементы современных систем сбора цифровых данных.
Основное назначение аналогово-цифровых преобразователей в системе сбора данных — преобразовывать обработанные аналоговые сигналы в поток цифровых данных, чтобы система сбора данных могла обрабатывать их для отображения, хранения и анализа. Преобразователь АЦП
принимает аналоговый сигнал и преобразует его в цифровую форму. от первых электронных ламп до современных АЦП на интегральных схемах. Хотя сегодня существует пять основных типов АЦП, в современном мире сбора данных все сводится к двум из них: -приложения для сбора данных.
Например, двухтактные АЦП довольно медленные, поэтому в основном используются в портативных вольтметрах.
Кроме того, есть флэш-АЦП, которые предлагают чрезвычайно высокую частоту дискретизации, но разрешение по оси амплитуды слишком низкое для приложений сбора данных. Конвейерные преобразователи АЦП — это подход, в котором используются несколько флэш-преобразователей для повышения разрешения по оси амплитуды, но они по-прежнему ограничены в этой области.
| Тип АЦП | Плюсы | Минусы | Макс. разрешение | Макс. частота дискретизации | 9 0052
|---|---|---|---|---|
| Двойной наклон | Недорогой | Низкая скорость | 20 бит | 100 Гц |
| Флэш-память | Очень быстрая | Низкое разрешение | 12 бит | 10 ГГц |
| Очень быстро | Ограниченное разрешение | 16 бит | 1 ГГц | |
| SAR | Хорошее соотношение скорость/разрешение | Отсутствие встроенной защиты от сглаживания | 18 бит | 10 МГц |
| Дельта-сигма (ΔΣ) | Высокие динамические характеристики, встроенная защита от сглаживания | Гистерезис неестественных сигналов | 32 бита | 1 МГц |
на АЦП SAR (последовательное приближение) и дельта-сигма (ΔΣ) АЦП.
Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки и, следовательно, подходит для определенных приложений. Ниже мы рассмотрим, как работает каждый АЦП, и сравним их.
Подробнее:
Типы АЦП — полное руководство В этой статье вы узнаете о различных типах аналого-цифровых преобразователей, используемых в системах сбора данных, и об основных технологиях каждого типа АЦП.
АЦП «хлеб с маслом» в мире сбора данных — это аналого-цифровой преобразователь SAR. Он предлагает отличный баланс скорости и разрешения и обрабатывает широкий спектр сигналов с превосходной точностью.
Он существует уже давно, поэтому конструкции SAR стабильны и надежны, а чипы относительно недороги. Они могут быть сконфигурированы как для недорогих плат АЦП, где один чип АЦП «совместно используется» несколькими входными каналами (мультиплексированные платы АЦП), так и для конфигураций, в которых каждый входной канал имеет собственный АЦП для истинной одновременной выборки.
.
Аналоговый вход большинства АЦП составляет 5 В, поэтому почти все входные каскады преобразования сигнала обеспечивают одинаковый преобразованный выход. Типичный АЦП последовательного приближения использует схему выборки и хранения, которая принимает преобразованное аналоговое напряжение от входного каскада формирования сигнала.
Встроенный ЦАП создает аналоговое опорное напряжение, равное выходному цифровому коду образца, и удерживает цепь. Оба они подаются на компаратор, который отправляет результат сравнения в SAR. Этот процесс продолжается «n» последовательных раз, где «n» — это разрядность самого АЦП, пока не будет найдено значение, наиболее близкое к фактическому сигналу.
АЦП SAR не имеют встроенной фильтрации сглаживания (AAF), поэтому, если она не добавлена перед АЦП системой сбора данных, если инженер выберет слишком низкую частоту дискретизации, ложные сигналы (также известные как «псевдонимы») будут быть оцифрованы АЦП SAR.
Псевдонимы особенно проблематичны, потому что их невозможно исправить после оцифровки.
Это невозможно исправить с помощью программного обеспечения. Этого следует избегать, либо всегда осуществляя дискретизацию всех входных сигналов быстрее, чем частота Найквиста, либо фильтруя сигналы до и внутри АЦП.
Дополнительные сведения см. в разделе Наложение псевдонимов и опасность недостаточной выборки ниже. Они широко используются на низком уровне рынка, поскольку их можно использовать в мультиплексном режиме, когда несколько каналов оцифровываются одним АЦП. Но они также широко используются в середине рынка из-за их скорости и хорошего разрешения по оси амплитуды.
Из-за ограниченного разрешения по оси амплитуды они не подходят для высокодинамичных приложений, таких как шум, звук, удары и вибрация, балансировка, синусоидальная обработка и т. д. Для этих приложений инженеры должны использовать дельта-сигма АЦП, как обсуждается в следующем разделе.
Более новая конструкция АЦП представляет собой дельта-сигма АЦП, в котором используются преимущества технологии DSP для улучшения разрешения по оси амплитуды и уменьшения высокочастотного шума квантования, характерного для конструкций SAR.
Сложная и мощная конструкция дельта-сигма АЦП делает их идеальными для динамических приложений, требующих максимально возможного разрешения по оси амплитуды. Вот почему они обычно используются в аудио, звуке, вибрации и в широком спектре высококачественных приложений для сбора данных.
Типовая блок-схема дельта-сигма АЦПРеализация этих микросхем для приложений сбора данных обычно включает сильную концентрацию на входной фильтрации сглаживания (AAF), что делает практически невозможным оцифровку ложных сигналов.
Фильтр нижних частот, реализованный в DSP, фактически устраняет шум квантования, что обеспечивает превосходное соотношение сигнал/шум.
Дельта-сигма АЦП работают путем избыточной дискретизации сигналов, намного превышающих выбранную частоту дискретизации. Затем DSP создает поток данных высокого разрешения из этих данных с передискретизацией с частотой, выбранной пользователем. Эта передискретизация может быть в сотни раз выше, чем выбранная частота дискретизации.
Этот подход создает поток данных с очень высоким разрешением (обычно 24 бита) и имеет то преимущество, что позволяет использовать многоступенчатую фильтрацию сглаживания (AAF), что делает практически невозможным оцифровку ложных сигналов.
Компания Dewesoft дополнительно воспользовалась преимуществами этих АЦП, объединив по два из них на каждом входном канале. Один АЦП настроен на низкий коэффициент усиления, а другой — на более высокий коэффициент усиления. Оба АЦП контролируют сигнал одновременно, а фирменная схема сравнивает их в режиме реального времени и использует тот, у которого наилучшее отношение сигнал/шум в любой момент времени, объединяя параллельные цифровые сигналы в единый поток с значительно расширенный динамический диапазон.
Диаграмма DualCoreADC компании Dewesoft Этот метод значительно расширяет динамический диапазон, который в противном случае был бы недостижим с помощью одного АЦП. Он увеличивает динамический диапазон до 160 дБ.
Dewesoft запатентовала эту технологию, которая на рынке называется DualCoreADC.
Видео Dewesoft DualCoreADC
Интересно отметить, что даже при очень медленных сигналах, таких как от большинства термопар, максимально возможное разрешение по оси амплитуды делает эти дельта-сигма АЦП более предпочтительными, чем АЦП последовательного приближения.
Представьте себе термопару, способную измерять в диапазоне 1500° — чем больше ось амплитуды у вас на АЦП, тем большее разрешение будет иметь температурный сигнал. Имейте в виду, что каждый бит эффективно удваивает разрешение по вертикальной оси.
У каждой технологии АЦП есть свое место. И поскольку приложения настолько разные, невозможно сказать, что одно лучше другого в целом. Тем не менее, абсолютно можно сказать, что один из них лучше другого в отношении одного или нескольких сегодняшних требований к приложениям:
| Критерий | АЦП SAR | Сигма-дельта (ΔΣ) АЦП |
|---|---|---|
При наилучшей амплитуде необходимо разрешение оси (даже для медленных сигналов, таких как термопары!). | Обычно максимум 16 или 18 бит. | Лучший выбор. Сегодня 24-битная карта является стандартом де-факто среди карт ΔΣ. |
| Когда необходимо использовать недорогую мультиплексированную карту AD. | Только выбор. Можно мультиплексировать один АЦП последовательного приближения для нескольких каналов для создания недорогих систем сбора данных, когда кратковременные ошибки перекоса не являются проблемой. | Н/Д |
| Когда требуется максимально возможная частота дискретизации. | Лучший выбор. Существуют АЦП последовательного приближения для сбора данных с дискретизацией до 10 Мвыб/с. | Встроенная обработка DSP ограничивает максимальную частоту дискретизации ΔΣ АЦП по сравнению с АЦП последовательного приближения. |
| Когда требуется AAF (фильтрация сглаживания). | Дорого и сложно добавлять к АЦП SAR. | Лучший выбор, поскольку AAF присущ ΔΣ АЦП. |
Когда требуется самое высокое отношение сигнал/шум. | Единственный выбор. Возможно достижение до 160 дБ с помощью запатентованной технологии Dewesoft DualCoreADC®. | |
| Когда будут записываться в основном неестественные сигналы (например, прямоугольные волны). | Улучшено представление прямоугольных волн. |
Узнайте больше о различных типах АЦП:
базовая технология каждого типа АЦП.
Хотя компания Dewesoft известна тем, что использует 24-битные сигма-дельта АЦП и значительно усовершенствовала технологию DualCoreADC, они также используют 16-битные АЦП последовательного приближения для достижения более высокой частоты дискретизации (до 15 мс/с).
Это формирователи сигналов SIRIUS HS (высокоскоростной) и SIRIUS XHS (сверхвысокоскоростной), доступные в этой линейке.
Эти преобразователи сигналов реализуют мощную фильтрацию AAF в виде фильтрации сглаживания 5-го порядка 100 кГц.
Существует дополнительный фильтр в цифровой области, выбираемый из Бесселя, Баттерворта (или обходной) до 8-го порядка.
Мощная фильтрация сглаживания встроена во все преобразователи сигналов с 24-разрядным АЦП от Dewesoft.
Очень часто в недорогих системах сбора данных, таких как регистраторы данных или промышленные системы управления, используются мультиплексированные карты аналого-цифрового преобразования, поскольку они менее дороги, чем платы аналого-цифрового преобразования, которые имеют отдельный чип АЦП для каждого входного канала.
В мультиплексной системе АЦП один аналого-цифровой преобразователь используется для преобразования нескольких сигналов из аналоговой области в цифровую. Это делается путем мультиплексирования аналоговых сигналов по одному в АЦП.
Это менее затратный подход, но невозможно точно выровнять сигналы по временной оси, поскольку за один раз можно преобразовать только один сигнал.
Поэтому между каналами всегда есть временной перекос. Если кратковременная ошибка перекоса не имеет значения в данном приложении, то это не обязательно плохо. То же самое относится и к аналоговым устройствам, используемым в системе: движущими факторами являются выбор наилучшего соответствия для приложения с точки зрения формы, подгонки, функциональности и недопущения морального устаревания.
Кроме того, поскольку максимальная частота дискретизации всегда делится на количество дискретизируемых каналов, максимальная частота дискретизации на канал обычно ниже в мультиплексных системах, за исключением случаев, когда дискретизируется только один или несколько каналов.
В современных системах сбора данных мультиплексированные системы АЦП используются в основном в недорогих системах сбора данных, где стоимость важнее точности или скорости.
Скорость преобразования сигналов называется частотой дискретизации. Некоторые приложения, такие как большинство измерений температуры, не требуют высокой скорости, поскольку сигналы не меняются очень быстро.
Тем не менее, переменные напряжения и токи, удары и вибрация, а также многие другие приложения требуют частоты дискретизации в десятки или сотни тысяч выборок в секунду или более. Частота дискретизации обычно называется осью T (или X) измерения.
Аналоговый сигнал, дискретизированный аналого-цифровым преобразователемDewesoft предлагает системы сбора данных с максимальной частотой дискретизации, как показано здесь: Частота дискретизации (на канал)
0Понимание ваших сигналов и их максимально возможных частот является важной частью получения точных измерений. Например, предположим, что мы хотим измерить выходной сигнал акселерометра.
Если мы ожидаем, что он будет испытывать вибрации с максимальной частотой 100 Гц, мы должны установить частоту дискретизации как минимум в два раза больше (частота Найквиста), но на практике лучше использовать десятикратную передискретизацию, чтобы получить представление хорошего качества формы сигнала.
Итак, в этом примере мы устанавливаем частоту дискретизации на 1000 Гц и проводим измерение.
Теоретически все должно быть хорошо, но откуда нам знать, что сигнал действительно не ушел намного выше по частоте при значительной амплитуде? Если бы это было так, то наша система не смогла бы точно измерить или преобразовать сигнал. И на самом деле, если довести это до крайности, измеренные значения могут быть даже совершенно неправильными.
Чтобы понять алиасинг, посмотрите старый фильм, где камера снимала со скоростью 24 кадра в секунду, когда мимо катилась повозка — на разных скоростях может показаться, что колеса крутятся назад или даже не двигаются вообще.
Это своего рода стробоскопический визуальный эффект, вызванный гармоническим соотношением между частотой вращения колеса и скоростью съемки камеры. Возможно, вы видели ролики, где выдержка камеры синхронизировалась с лопастями вертолета, где кажется, что вертолет висит в воздухе, его лопасти вообще не двигаются.
В случае фильма или развлекательного видео это не имеет значения, но при выполнении научных измерений, если мы действительно верим, что колеса автомобиля вращаются назад или что лопасти вертолета не двигаются, когда на самом деле они идут довольно быстро, у нас есть реальная проблема измерения.
Что касается оцифровки сигналов напряжения с помощью нашего АЦП, важно правильно установить частоту дискретизации. Если мы установим слишком высокое значение, мы попусту потратим вычислительную мощность и получим файлы данных, которые будут излишне большими и громоздкими. Но если мы установим слишком низкое значение, у нас могут возникнуть две проблемы:
Отсутствующие жизненно важные компоненты динамического сигнала
Получение ложных («псевдонимов») сигналов (если в системе отсутствует сглаживающая фильтрация)
Продукты Dewesoft предотвращают алиасинг с помощью 24-разрядных АЦП со встроенными фильтрами сглаживания (AAF). Эти фильтры работают в несколько этапов, в том числе один этап, который автоматически настраивается на частоту Найквиста (обычно около 40%) выбранной частоты дискретизации. Таким образом, даже если вы выберете слишком низкую частоту дискретизации, ложные или «наложенные» сигналы не смогут испортить измерение.
На заре сбора данных 8-разрядные АЦП были обычным явлением. На момент написания этой статьи в мире систем сбора данных 24-разрядные АЦП являются стандартными среди большинства систем сбора данных, предназначенных для выполнения динамических измерений, а 16-разрядные АЦП обычно считаются минимальным разрешением для сигналов в целом. В некоторых недорогих системах используются 12-разрядные АЦП.
Поскольку каждый бит разрешения фактически удваивает возможное разрешение, системы с 24-разрядными АЦП обеспечивают 924 = 16 777 216 .
Таким образом, входящий одновольтовый сигнал можно разделить на более чем 16 миллионов шагов по оси Y.
16 777 216 шагов для 24-битного АЦП значительно лучше, чем максимальное теоретическое значение 65 656 шагов для 16-битного АЦП. Таким образом, внешний вид волновых форм тем точнее и точнее, чем выше у вас разрешение. Это относится и к оси времени.
На оси амплитуд одна проблема, с которой инженеры сталкивались в течение многих лет, — это динамический диапазон. Например: что, если у нас есть сигнал, который обычно меньше 5 вольт, но иногда может резко увеличиваться? Если мы установим разрешение АЦП для обработки данных 0-5 В, система будет полностью перегружена, когда сигнал превысит это значение.
Одним из решений может быть использование двух каналов с разными коэффициентами усиления и обращение к одному из них для данных 0–5 В, а к другому — для данных с более высокой амплитудой.
Но это очень неэффективно — мы не можем использовать два канала для каждого входного сигнала — нам потребуется в два раза больше систем сбора данных, чтобы выполнять ту же работу. Кроме того, это сделало бы анализ данных после каждого теста намного более сложным и трудоемким.
Технология DualCoreADC® от Dewesoft решает эту проблему за счет использования двух отдельных 24-битных АЦП на канал, автоматического переключения между ними в режиме реального времени и создания единого бесшовного канала. Эти два АЦП всегда измеряют высокое и низкое усиление входного сигнала. Это обеспечивает полный возможный диапазон измерения датчика и предотвращает ограничение сигнала.
Видео, объясняющее технологию DualCoreADC компании Dewesoft
Благодаря технологии DualCoreADC® системы сбора данных SIRIUS достигают более 130 дБ отношение сигнал/шум и более 160 дБ в динамическом диапазоне . Это в 20 раз лучше, чем у типичных 24-битных систем с в 20 раз меньшим уровнем шума.
Выбор технологии АЦП всегда должен основываться на требованиях приложения. Если вы измеряете в основном статические и квазистатические (медленные) сигналы, вам, очевидно, не нужна сверхвысокоскоростная система, но вам, вероятно, нужна система с максимально возможным разрешением по оси амплитуды.
Стационарные системы, используемые в промышленности, обычно имеют требования, которые не сильно меняются, и обычно проще выбрать систему.
Однако для повседневных систем сбора данных это немного сложнее, поскольку эти системы со временем используются в различных приложениях. Ключевым моментом является выбор того, который имеет наилучшую общую производительность и защиту от шума, алиасинга и устаревания.
АЦП означает аналого-цифровой преобразователь . Это электронное устройство, используемое для преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал .
Аналоговый входной сигнал АЦП представляет собой непрерывное время и непрерывную амплитуду сигнал. Выход АЦП представляет собой дискретный сигнал дискретного времени и дискретной амплитуды цифрового сигнала.
Почему АЦП?В реальном мире каждая реальная величина, такая как голос, температура, вес и т. д., существует в аналоговом состоянии . И он не может быть обработан каким-либо цифровым устройством, таким как компьютер или мобильный телефон.
Эти аналоговые величины преобразуются в цифровую форму, чтобы цифровое устройство могло их обрабатывать. Это преобразование выполняется с помощью аналого-цифрового преобразователя .
Аналоговый сигнал сначала применяется к блоку « выборка », где он дискретизируется с определенной частотой дискретизации.
Значение амплитуды выборки сохраняется и хранится в блоке « hold ». Это аналоговая величина. Удерживаемая выборка квантуется в дискретное значение блоком « Quantize ». Наконец, «энкодер » преобразует дискретную амплитуду в двоичное число.
Преобразование аналогового сигнала в цифровой в аналого-цифровом преобразователе поясняется ниже с использованием приведенной выше блок-схемы.
ВыборкаФункция блока Sample предназначена для выборки входного аналогового сигнала через определенный интервал времени. Образцы берутся в непрерывных амплитудах и имеют реальное значение, но они дискретные по отношению к времени .
Частота дискретизации играет важную роль в преобразовании. Таким образом, он поддерживается на определенной скорости. Частота дискретизации устанавливается в соответствии с требованиями системы.
Вторым блоком, используемым в ADC, является блок « Hold» . У него нет никакой функции. Он удерживает только амплитуду выборки до тех пор, пока не будет взята следующая выборка. Значение удержания остается неизменным до следующей выборки.
КвантованиеЭтот блок используется для квантования . Он преобразует аналоговую или непрерывную амплитуду в дискретную амплитуду.
Значение непрерывной амплитуды удержания в блоке удержания проходит через ‘ Quantize’ блок и становится дискретным в амплитуда . Сигнал теперь в цифровой форме, так как он имеет дискретных времен и дискретных амплитуд .
ЭнкодерБлок энкодера преобразует цифровой сигнал в двоичную форму , т.е. в биты.
Поскольку мы знаем, что цифровые устройства работают с двоичными сигналами, необходимо преобразовать цифровой сигнал в двоичную форму с помощью кодировщика.
Это весь процесс преобразования аналогового сигнала в цифровую форму с использованием аналого-цифрового преобразователя . Все это преобразование происходит за микросекунду.
Разрешение АЦП — это число битов , которое представляет амплитуду цифрового сигнала .
Аналоговый сигнал имеет непрерывную амплитуду. Он может иметь бесконечных значений т.е. реальных, плавающих практически любых значений, которые только можно себе представить. С другой стороны, цифровой сигнал имеет дискретное и конечное число значений. Эти дискретные значения представлены с помощью двоичных чисел (бит).
Чтобы лучше понять идею разрешения АЦП ,
На приведенном выше рисунке показан аналоговый сигнал, представленный в цифровой форме, который равен либо 0, либо 1.
Это 1-битное разрешение. разрешение из АЦП определяет его количество шагов .
количество шагов = 2 n
Где n — количество битов. Следовательно, в 1-битном разрешении есть 2 шага.
На этом рисунке показано преобразование аналогового сигнала в цифровой с 2-битным разрешением. Есть 4 шага или уровней квантования .
Количество шагов = 2 n = 2 2 = 4
На этом рисунке показано 4-битное разрешение. Количество шагов в 4-битном разрешении равно 16.
Количество шагов = 2 n = 2 4 = 16
Количество шагов увеличивается экспоненциально с увеличением 9000 9-битное разрешение .
Это также означает, что при увеличении разрешения в битах преобразованный цифровой сигнал становится более похожим на исходный аналоговый сигнал. Так что в идеале мы можем сказать, что цифровой сигнал с бесконечное разрешение — аналоговый сигнал.
Связанный пост: Знакомство с сигналами, типами, свойствами, работой и применением
Ширина шагаРазность напряжений между двумя соседними шагами известна как ширина шага . Обозначается Δv .
Таким образом, один шаг представляет собой фиксированное напряжение , т.е.0005
Где v ref — максимальное преобразуемое напряжение, а n — биты разрешения.
Например:
v ref = 10,24v & n = 10 бит
Тогда:
Δv = 10,24/2 10
Δv = 10,24/1024
Δv = 0,01v
Таким образом, размер шага или ширина шага составляет 0,01v .
В этом АЦП увеличение на один бит соответствует 0.01v увеличения аналогового входа. Если аналоговый вход увеличивается на 0,01 В , то выход увеличивается на 1 бит.
АЦП обновляет свое значение, если увеличение или уменьшение его входного напряжения превышает Δv/2 . Любое изменение менее Δv/2 не будет зарегистрировано. Это известно как Ошибка квантования .
Другими словами, разница между входным сигналом и цифровым округлением на выходе называется ошибкой квантования.
Увеличение разрешения АЦП уменьшает размер шага , если v ref остаются постоянными. Следовательно, ошибка квантования уменьшается.
Количество выборок, сделанных в течение одной секунды, известно как частота выборки или частота выборки .
Частота дискретизации должна быть установлена в соответствии с входным сигналом. Это не должно быть очень низкий или очень высокий .
Пример выборки:
В этом примере показано, что частота выборки составляет 0,5 с, так как за одну секунду требуется 2 выборки.
ПсевдонимЕсли частота дискретизации очень низкая , то результирующий сигнал не будет похож на исходный сигнал. Фактически, после реконструкции он станет другим сигналом. Эта проблема известна как псевдоним .
Чтобы избежать этой проблемы, частота дискретизации должна быть выше , чем , вдвое превышающей частоту входного сигнала. Фильтры сглаживания также используются для удаления частотных составляющих выше половины частоты дискретизации. он блокирует выборку компонентов псевдонимов.
Критерии Найквиста Критерии Найквиста предлагают минимум возможную частоту дискретизации для аналогового сигнала, который может быть успешно восстановлен.
Если самая высокая частота аналогового сигнала равна f , сигнал может быть успешно восстановлен из его отсчетов, если отсчеты взяты с частотой дискретизации больше, чем 2f .
Смещение в АЦП соответствует смещению на цифровом выходе. Например, для ввода v в = 0 вывод может не обязательно быть цифровым 0 . Это может быть цифровой 5 , который будет смещением АЦП .
Связанная запись: Что такое квантизация и сэмплирование? Типы и законы сжатия
Применение АЦП В современном мире растущих технологий мы зависим от цифровых устройств. Эти цифровые устройства работают на цифровом сигнале. Но не каждая величина представлена в цифровой форме, а в аналоговой. Таким образом, АЦП используется для преобразования аналоговых сигналов в цифровые сигналы.
приложений АЦП безграничны. Некоторые из этих приложений приведены ниже:
