wymien_stosowane_metody_konwersji_sygnalow_analogowych_na_cyfrowe_i_opisz_jedna_z_nich [mgr Wiki]

[[wymien_stosowane_metody_konwersji_sygnalow_analogowych_na_cyfrowe_i_opisz_jedna_z_nich]]
mgr Wiki

# Przetwornik analogowo-cyfrowy A/C

(ang. A/D - analog to digital lub ADC - analog to digital converter), to układ służący do zamiany sygnału analogowego (ciągłego) pochodzącego od obiektów świata realnego na reprezentację cyfrową (sygnał cyfrowy). Dzięki temu możliwe jest przetwarzanie ich w urządzeniach elektronicznych opartych o architekturę zero-jedynkową oraz gromadzenie na dostosowanych do tej architektury nośnikach danych. Proces ten polega na uproszczeniu sygnału analogowego do postaci skwantowanej, czyli zastąpieniu wartości zmieniających się płynnie do wartości zmieniających się skokowo w odpowiedniej skali (dokładności) odwzorowania. Przetwarzanie A/C tworzą 2 etapy: próbkowanie i kwantyzacja.

Próbkowanie to (poprzedzający kwantyzację) etap procesu przetwarzania sygnału analogowego na cyfrowy, polegający na przetworzeniu sygnału ciągłego w sygnał impulsowy istniejący tylko w określonych chwilach czasowych. Polega ono na tym, że w ustalonych odstępach czasu (impulsowanie) pobierane są tzw. próbki (ang. sample) i mierzona jest wartość chwilowa sygnału. Sygnał przekształcony do postaci spróbowanej nazywa się sygnałem dyskretnym.

Kwantyzacja to (drugi po próbkowaniu) etap procesu przetwarzania sygnału analogowego na cyfrowy. Sygnał analogowy (np. napięcie, prąd) może przyjmować dowolne wartości, systemy cyfrowe natomiast są w stanie przetwarzać tylko sygnały reprezentowane słowami o skończonej liczbie bitów. Taka reprezentacja wymaga ograniczenia zbioru wartości sygnału. Wartości te nazywane są poziomami reprezentacji, natomiast sama kwantyzacja to proces polegający na przypisaniu wartości analogowych do najbliższych poziomów reprezentacji, co wiąże się z nieuniknioną i nieodwracalną utratą informacji. Każdemu poziomowi reprezentacji przypisywana jest w procesie kodowania określona liczba.

Rozdzielczość przetwornika określa liczbę dyskretnych wartości jakie może on wytworzyć. Zwykle wyraża się ją w bitach. Przykładowo, przetwornik A/C, który potrafi przetworzyć próbkę sygnału na jedną z 256 wartości liczbowych posiada rozdzielczość równą 8 bitów, ponieważ 2^8 = 256. Rozdzielczość może być równeż wyrażona w woltach. Rozdzielczość napięcia przetwornika A/C jest równa jego całkowitej skali pomiaru podzielonej przez liczbą poziomów kwantyzacji:

## Rodzaje przetworników A/C

Ze względu na metodę działania wyróżnia się dwie podstawowe metody pracy:

- metoda bezpośrednia
- metoda kompensacyjna

Dowolny rodzaj przetworników stosuje jedną z powyższych metod.

### Przetwornik o przetwarzaniu bezpośrednim

(nazywany także Flash) działa na zasadzie bezpośredniego i zazwyczaj jednoczesnego porównania wartości napięcia wejściowego z szeregiem napięć odniesienia reprezentujących poszczególne poziomy kwantowania za pomocą szeregu komparatorów analogowych.

### Przetwornik z próbkowaniem analogowym

Działa na zasadzie zliczania impulsów z generatora wzorcowego o dużej częstotliwości (względem czasu pomiaru) w czasie proporcjonalnym do napięcia wejściowego. Czas zliczania impulsów jest szerokością impulsu bramkującego generowanego przez układ sterujący na podstawie porównania napięcia wejściowego z liniowo narastającym napiciem odniesienia przez komparator analogowy.

### Przetwornik kolejnych przybliżeń wagowych

(próbkowaniem bitowym) działa na zasadzie porównywania wartości napięcia wejściowego z napięciem odniesienia wytworzonym za pomocą przetwornika cyfrowo-analogowego w iteracyjnym procesie obsługiwanym przez układ sterujący.

### Przetwornik podwójnie całkujący

zamienia wartość średnią napięcia mierzonego na czas tX. W pierwszym cyklu całkowania do integratora doprowadzone jest napięcie mierzone UX. Całkowanie tego napięcia trwa zawsze tyle samo, czyli najczęściej 20ms. W drugiej fazie całkowania do wejścia integratora dołączone jest napięcie wzorcowe. Całkowanie tego napięcia zależy od napięcia mierzonego UX.

### Przetworniki o architekturze potokowej

nie są tak naprawdę oddzielnym typem przetworników A/C i w swoim działaniu wykorzystują wcześniej opisane rodzaje przetworników. W swoim działaniu opierają się na potokowym przetwarzaniu danych

### Przetworniki Delta-Sigma i dokładny opis

Przetwornik zawiera kwantyzator wielobitowy(przetwornik analogowo-cyfrowy) i wielobitowy przetwornik cyfrowo-analogowy do rekonstrukcji sygnału analogowego. Zasada działania przetwornika delta-sigma na przykładzie systemu 1 bitowgo: Sygnał wyjściowy 1-bitowego przetwornika c/a jest odejmowany od sygnału wejściowego. Różnica obu tych sygnałów jest filtrowana przez filtr pętli, z którego sygnał wyjściowy jest podawany do kwantyzatora 1-bitowego lub do przetwornika a/c. Częstotliwość zegarowa systemu jest dużo większa od maksymalnej częstotliwości analogowego sygnału wejściowego, a rząd filtru pętli determinuje zakres dynamiczny systemu. Wyjście 1-bitowego przetwornika a/c jest zwykle połączone z cyfrowym filtrem dolnoprzepustowym, który odrzuca sygnały o częstotliwościach leżących powyżej interesującego pasma sygnału. Następnie wykonuje się subpróbkowanie lub decymację(Redukcja szybkości próbkowania o dowolny współczynnik) w celu uzyskania wielobitowego kodu wyjściowego. Po wykonaniu wszystkich operacji otrzymuje się dwójkowo ważony cyfrowy sygnał wyjściowy, którego minimalna częstotliwość próbkowania musi być równa podwojonej szerokości pasma sygnału.

Poniższy rysunek przedstawia schema przetwornika delta-sigma:

Przebieg sygnału jest stały wraz ze wzrostem częstotliwości. Dlatego ten typ modulacji zwany jest także modulacją gęstości impulsów (Pulse Density Modulation - PDM). Podobnie jak PCM SDM kwantyzuje sygnał bezpośrednio, a nie jest jego pochodną jak przy modulacji delta. Dlatego maksymalny zakres kwantyzacji określony jest przez maksymalną amplitudę, a nie przez widmo sygnału. Podobnie jak w innych niskobitowych koderach aby osiągnąć wysoką rzozdzielczość wymagane są wysokie częstotliwości próbkowania. Dla przykładu dla sygnału o paśmie do 22,1 kHz i 64-krotnym nadpróbkowaniu częstotliwość jest równa 2,8224 MHz. Na poniższym rysunku pokazany jest sinusoidalny sygnał wejściowy o częstotliwości 1,5 kHz z maksymalną amplitudą równą 1 i 4 bitowym próbkowaniem, czyli 16 poziomom kwantyzacji. Aby otrzymać rozdzielczość odpowiadającą 4 bitowej kwantyzacji z 4 kHz częstotliwością próbkowania wymagany jest współczynnik nadpróbkowania równy 16 (4²)/(1²)*4kHz=64kHz). Tą sytuację ilustruje poniższy wykres:

Linki:

- http://www-users.mat.uni.torun.pl/~bala/sem_mgr_2000/przetworniki_ac/przetwornik_ac.html

wymien_stosowane_metody_konwersji_sygnalow_analogowych_na_cyfrowe_i_opisz_jedna_z_nich.txt · Last modified: 2006/05/25 00:04 by 213.134.174.237