Аналоговый сигнал (analog signal) является непрерывной

Операция дискретизации(discretization) осуществляет

преобразование аналоговых сигналов в функции мгновенных значений сигналов по дискретному аргументу.

Дискретизация обычно производится с постоянным шагом по аргументу (равномерная дискретизация), при этом частота, с которой выполняются замеры сигнала, называется частотой дискретизации.

В результате дискретизации непрерывный сигнал переводится в последовательность чисел.

Дискретизация сигналов может приводить к потере информации о поведении сигналов в промежутках между отсчетами.

Теоремой Котельникова-Шеннона устанавливается, что если спектр сигнала ограничен частотой F, то после дискре- тизации сигнала с частотой не менее 2F можно восстановить исходный непрерывный сигнал по полученному цифровому

Цифровой сигнал (digital signal) квантован по своим значениям и дискретен по аргументу. Он описывается квантованной функцией yn = Qk[y(nDt)], где Qk -

функция квантования с числом уровней квантования k, при этом интервалы квантования обычно равномерно распределены.

Задается цифровой сигнал в виде числового массива по последовательным аргумента с дискретизации по

const. Циф-

ровой сигнал отличается ошибкой квантования от исходного аналогового.

Операция квантования или аналого-цифрового прео-

бразования (АЦП; английский термин Analog-to-Digital Converter, ADC) заключается в преобразовании дискретного сигнала s(tn) в цифровой сигнал s(n) = sn s(tn), n = 0, 1, 2,.., N.

Процесс преобразования отсчетов сигнала в числа называется квантованием по уровню (quantization), а возникающие при этом потери информации за счет округления – ошибками или шумами квантования (quantization error, quantization noise).

При преобразовании аналогового сигнала непосредственно в цифровой сигнал операции дискретизации и квантования совмещаются. При этом число уровней квантования равна 2N

определяет погрешность квантования исходного сигнала. Число N называется разрядностью АЦП. Погрешность квантования при хорошей организации процесса дискретизации равна 1/ 2N , и она уменьшается с увеличением разрядности АЦП – N.

Современные АЦП имеют разрядности от 8 до 16 (иногда-24).

47

Современные АЦП включают в себя:

•Управляемый входной усилитель

•Коммутатор каналов,

•АЦП и ЦАП,

•Интерфейс связи с ПК,

•Микропроцессор, который управляет процессом измерений и формирует данные для обмена с РС,

•Встроенный датчик температуры (для учета температурной погрешности АЦП),

•Система самокалибровки для АЦП, включающая кали- брованные сигналы и управление входным усилителем,

•Антиалайзинговый фильтр,

ПОМНИТЕ, что декларируемая точность может сильно отличаться от реальной точности АЦП.48

Операция восстановления аналогового сигнала из

его дискретного представления обратна операции дискретизации и представляет, по существу, интерполяцию данных.

Практически точное восстановление аналогового сигнала из дискретного возможно при высокой разрядности АЦП, если:

•соблюдать теорему Котельникова-Шеннона. Пример: - восстановление аудиосигнала в МР3 и DVD плеерах

•нет алайзинга (появления ложных частот).

Операция цифро-аналогового преобразования (ЦАП);

Digital-to-Analog Converter, DAC) обратна операции квантования, при этом на выходе регистрируется аналоговый сигнал, который восстанавливается из цифрового сигнала, например, путем сглаживания.

Так как квантование сигналов всегда выполняется с определенной и неустранимой погрешностью (максимум - до

половины интервала квантования), то операции АЦП и ЦАП

49

не являются взаимно обратными с абсолютной точностью.