10.Сигма-дельта ацп.
Сигма- Дельта АЦП (называемые также Дельта-Сигма АЦП) производят аналого - цифровое преобразование с частотой дискретизации во много раз превышающей требуемую и путем фильтрации оставляет в сигнале только нужную спектральную полосу. Это один из самых важных типов АЦП. Они эффективны в тех задачах, где не требуются большие частоты дискретизации, но необходимо высокое разрешение сигнала.
В современных сигма-дельта АЦП преобразование осуществляется с избыточной дискретизацией (передискретизацией), цифровой фильтрацией и децимацией преобразуемого сигнала. Децима́ция — уменьшение частоты дискретизации дискретного во времени сигнала путем удаления его отсчетов. Частота дискретизации (или частота сэмплирования) — частотавзятия отсчетов непрерывного во времени сигнала при егодискретизации(в частности,аналого-цифровым преобразователем). Измеряется вГерцах
Своим названием эти преобразователи обязаны наличием в них двух блоков: сумматора (обозначение операции - S) и интегратора (обозначение операции - D ). Один из принципов, заложенных в такого рода преобразователях, позволяющий уменьшить погрешность, вносимую шумами, а следовательно увеличить разрешающую способность - это усреднение результатов измерения на большом интервале времени.(Kfд, fд, ±Uос)
На рисунке компаратор ЗАМЕНИТЬ на АЦП!
DSP – дециматор
Основные узлы АЦП - это сигма-дельта модулятор и цифровой фильтр. Схема n-разрядного сигма-дельта модулятора первого порядка приведена на рис. 14. Работа этой схемы основана на вычитании из входного сигнала Uвх(t) величины сигнала на выходе ЦАП, полученной на предыдущем такте работы схемы. Полученная разность интегрируется, а затем преобразуется в код параллельным АЦП невысокой разрядности. Последовательность кодов поступает на цифровой фильтр нижних частот.
Порядок модулятора определяется численностью интеграторов и сумматоров в его схеме. Сигма-дельта модуляторы N-го порядка содержат N сумматоров и N интеграторов и обеспечивают большее соотношение сигнал/шум при той же частоте отсчетов, чем модуляторы первого порядка.
Сравнивая Сигма-дельта АЦП с АЦП многотактного интегрирования, можно сделать вывод о достоинствах первого:
-линейность характеристики преобразования сигма-дельта АЦП выше, чем у АЦП многотактного интегрирования равной стоимости
-высокая точность;
-хорошее разрешение;
-относительно малая стоимость
-абсолютная помехозащищенность
-сигма-дельта АЦП практически не имеет внешних элементов, что существенно сокращает площадь, занимаемую им на плате
-Емкость конденсатора интегратора у сигма-дельта АЦП значительно меньше (десятки пикофарад), так что этот конденсатор может быть изготовлен прямо на кристалле ИМС (интегральной микросхемы).
Недостатки: узкая полоса пропускания (подходит для «медленных» сигналов)
11. Цифро-аналоговые преобразователи.
ЦАП
– это устройство для преобразования
цифрового (обычно двоичного) кода в
аналоговый
сигнал(ток,напряжениеилизаряд).
Цифро-аналоговые преобразователи
являютсяинтерфейсоммежду
дискретным цифровым миром и аналоговыми
сигналами. ЦАПприменяется
всегда, когда надо преобразовать сигнал
из цифрового представления в аналоговое,
например, в проигрывателях компакт-дисков.
Разрядность ЦАП – количество различных уровней выходного сигнала, которые ЦАП может воспроизвести, например, однобитный ЦАП способен воспроизвести 2 уровня (2^1=2), а восьмибитный – 256 (2^8) уровней.
Выделяют три основных типа ЦАП:
Широтно-импульсный модулятор — простейший тип ЦАП. Стабильный источник токаилинапряженияпериодически включается на время, пропорциональное преобразуемому цифровому коду, далее полученная импульсная последовательность фильтруется аналоговымфильтром низких частот. Такой способ часто используется для управления скоростью электромоторов, а также становится популярным вHi-Fi (класс аппаратуры)аудиотехнике;
ЦАП передискретизации, такие как дельта-cигма ЦАП, основаны на изменяемой плотности импульсов. Передискретизацияпозволяет использовать ЦАП сменьшей разрядностью для достижения большей разрядности итогового преобразования. Быстродействиедельта-сигма ЦАП достигает сотни тысяч отсчетов в секунду, разрядность — до 24 бит.
Взвешивающий ЦАП, в котором каждому биту преобразуемого двоичного кода соответствует резистор или источник тока, подключенный на общую точку суммирования. Сила тока источника (проводимость резистора) пропорциональна весу бита, которому он соответствует. Таким образом, все ненулевые биты кода суммируются с весом. Взвешивающий метод один из самых быстрых, но ему свойственна низкая точность. По этой причине взвешивающие ЦАП имеют разрядность не более восьми бит;
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 позволяет существенно улучшить точность по сравнению с обычным взвешивающим ЦАП, т.к. сравнительно просто изготовить набор прецизионных элементов с одинаковыми параметрами. Недостатком метода является более низкая скорость вследствие паразитной емкости;
Сегментный ЦАП содержит по одному источнику тока или резистору на каждое возможное значение выходного сигнала. Теоретически, сегментные ЦАП имеют самое высокое быстродействие, т.к. для преобразования достаточно замкнуть один ключ, соответствующий входному коду;
Гибридные ЦАП используют комбинацию перечисленных выше способов. Большинство микросхем ЦАП относится к этому типу; выбор конкретного набора способов является компромиссом между быстродействием, точностью и стоимостью ЦАП.