Основные правила выполнения УГО элементов цифровой техники
Энциклопедия электроники
Аналого-цифровой преобразователь
Аналого-цифровой преобразователь [1] [2] [3] АЦП , англ. Обратное преобразование осуществляется при помощи цифро-аналогового преобразователя ЦАП, DAC. 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. В случае единичного измерения без учёта шумов разрешение напрямую определяется разрядностью АЦП. Разрядность АЦП характеризует количество дискретных значений, которые преобразователь может выдать на выходе. В двоичных АЦП измеряется в битах , в троичных АЦП измеряется в тритах. Разрешение по напряжению равно разности напряжений, соответствующих максимальному и минимальному выходному коду, делённой на количество выходных дискретных значений. 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 англ. При преобразовании сильно зашумлённого сигнала младшие разряды выходного кода практически бесполезны, так как содержат шум. АЦП первых двух типов подразумевают обязательное применение в своем составе устройства выборки и хранения УВХ. Это устройство служит для запоминания аналогового значения сигнала на время, необходимое для выполнения преобразования. Без него результат преобразования АЦП последовательного типа будет недостоверным. Выпускаются интегральные АЦП последовательного приближения, как содержащие в своем составе УВХ, так и требующие внешнее УВХ [ источник не указан дней ]. 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. 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. Говорят о линейных и нелинейных АЦП. 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. Ошибки квантования являются следствием ограниченного разрешения АЦП. Этот недостаток не может быть устранён ни при каком типе аналого-цифрового преобразования. Абсолютная величина ошибки квантования при каждом отсчёте находится в пределах от нуля до половины МЗР. Как правило, амплитуда входного сигнала много больше, чем МЗР. В этом случае ошибка квантования не коррелирована с сигналом и имеет равномерное распределение. Всем АЦП присущи ошибки, связанные с нелинейностью, которые являются следствием физического несовершенства АЦП. Это приводит к тому, что передаточная характеристика в указанном выше смысле отличается от линейной точнее от желаемой функции, так как она не обязательно линейна. Ошибки могут быть уменьшены путём калибровки [4]. Важным параметром, описывающим нелинейность, является интегральная нелинейность INL и дифференциальная нелинейность DNL. В идеальном случае отсчёты берутся через равные промежутки времени. Однако в реальности время момента взятия отсчёта подвержено флуктуациям из-за дрожания фронта синхросигнала clock jitter. Ошибка относительно невелика на низких частотах, однако на больших частотах она может существенно возрасти. Эффект апертурной погрешности может быть проигнорирован, если её величина сравнительно невелика по сравнению с ошибкой квантования. Таким образом, можно установить следующие требования к дрожанию фронта сигнала синхронизации:. Из этой таблицы можно сделать вывод о целесообразности применения АЦП определённой разрядности с учётом ограничений, накладываемых дрожанием фронта синхронизации clock jitter. Например, бессмысленно использовать прецизионный битный АЦП для записи звука, если система распределения синхросигнала не в состоянии обеспечить ультрамалой неопределённости. Вообще качество тактового сигнала чрезвычайно важно не только по этой причине. Например, из описания микросхемы AD Analog Devices:. Any high speed ADC is extremely sensitive to the quality of the sampling clock provided by the user. A track-and-hold circuit is essentially a mixer. Any noise, distortion, or timing jitter on the clock is combined with the desired signal at the analog-to-digital output. То есть любой высокоскоростной АЦП крайне чувствителен к качеству оцифровывающей тактовой частоты, подаваемой пользователем. Схема выборки и хранения , по сути, является смесителем перемножителем. Любой шум, искажения, или дрожание фазы тактовой частоты смешиваются с полезным сигналом и поступают на цифровой выход. 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. Точность восстановления ограничена ошибкой квантования. 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. УВХ, как правило, хранит входное напряжение на конденсаторе , который соединён со входом через аналоговый ключ: Многие АЦП, выполненные в виде интегральных микросхем , содержат встроенное УВХ. 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. Если последовательность цифровых значений, выдаваемая АЦП, где-либо преобразуется обратно в аналоговую форму цифро-аналоговым преобразователем , желательно, чтобы полученный аналоговый сигнал был максимально точной копией исходного сигнала. Если входной сигнал меняется быстрее, чем делаются его отсчёты, то точное восстановление сигнала невозможно, и на выходе ЦАП будет присутствовать ложный сигнал. Ложные частотные компоненты сигнала отсутствующие в спектре исходного сигнала получили название alias ложная частота, побочная низкочастотная составляющая. Частота ложных компонент зависит от разницы между частотой сигнала и частотой дискретизации. Например, синусоидальный сигнал с частотой 2 кГц, дискретизованный с частотой 1. Эта проблема получила название наложение частот aliasing. Для предотвращения наложения спектров сигнал, подаваемый на вход АЦП, должен быть пропущен через фильтр нижних частот для подавления спектральных компонент, частота которых превышает половину частоты дискретизации. Этот фильтр получил название anti-aliasing антиалиасинговый фильтр, его применение чрезвычайно важно при построении реальных АЦП. Вообще, применение аналогового входного фильтра интересно не только по этой причине. Казалось бы, цифровой фильтр, который обычно применяется после оцифровки, имеет несравненно лучшие параметры. Но, если в сигнале присутствуют компоненты, значительно более мощные, чем полезный сигнал, и достаточно далеко отстоящие от него по частоте, чтобы быть эффективно подавленными аналоговым фильтром, такое решение позволяет сохранить динамический диапазон АЦП: Хотя наложение спектров в большинстве случаев является нежелательным эффектом, его можно использовать во благо. Например, благодаря этому эффекту можно обойтись без преобразования частоты вниз при оцифровке узкополосного высокочастотного сигнала смотрите смеситель. Для этого, однако, входные аналоговые каскады АЦП должны иметь значительно более высокие параметры, чем это требуется для стандартного использования АЦП на основной видео или низшей гармонике. Некоторые характеристики АЦП могут быть улучшены путём использования методики подмешивания псевдослучайного сигнала англ. Она заключается в добавлении к входному аналоговому сигналу случайного шума белый шум небольшой амплитуды. Амплитуда шума, как правило, выбирается на уровне половины МЗР. Эффект от такого добавления заключается в том, что состояние МЗР случайным образом переходит между состояниями 0 и 1 при очень малом входном сигнале без добавления шума МЗР был бы в состоянии 0 или 1 долговременно. Для сигнала с подмешанным шумом вместо простого округления сигнала до ближайшего разряда происходит случайное округление вверх или вниз, причём среднее время, в течение которого сигнал округлён к тому или иному уровню, зависит от того, насколько сигнал близок к этому уровню. Таким образом, оцифрованный сигнал содержит информацию об амплитуде сигнала с разрешающей способностью лучше, чем МЗР, то есть происходит увеличение эффективной разрядности АЦП. Негативной стороной методики является увеличение шума в выходном сигнале. Фактически ошибка квантования размазывается по нескольким соседним отсчётам. Такой подход является более желательным, чем простое округление до ближайшего дискретного уровня. В результате использования методики подмешивания псевдослучайного сигнала мы имеем более точное воспроизведение сигнала во времени. Малые изменения сигнала могут быть восстановлены из псевдослучайных скачков МЗР путём фильтрации. Кроме того, если шум детерминирован амплитуда добавляемого шума точно известна в любой момент времени , то его можно вычесть из оцифрованного сигнала, предварительно увеличив его разрядность, тем самым почти полностью избавиться от добавленного шума. Звуковые сигналы очень малых амплитуд, оцифрованные без псевдослучайного сигнала, воспринимаются на слух очень искажёнными и неприятными. При подмешивании псевдослучайного сигнала истинный уровень сигнала представлен средним значением нескольких последовательных отсчётов. При этом она используется в ВЧ- и СВЧ-технике, где битность АЦП обычно мала из-за высокой частоты дискретизации. Похожий процесс, также называемый dither или диффузия ошибок , применяется для представления полутонов изображений в компьютерной графике при малом количестве бит на пиксел. При этом изображение становится зашумлённым, но визуально воспринимается реалистичнее, чем то же изображение, полученное простым квантованием. Как правило, сигналы оцифровываются с минимально необходимой частотой дискретизации из соображений экономии, при этом шум квантования является белым, то есть его спектральная плотность мощности равномерно распределена во всей полосе. Таким образом можно достичь эффективного разрешения большего, чем разрядность АЦП. Передискретизация также может быть использована для смягчения требований к крутизне перехода от полосы пропускания к полосе подавления антиалиасингового фильтра. Для этого сигнал оцифровывают, например, на вдвое большей частоте, затем производят цифровую фильтрацию, подавляя частотные компоненты вне полосы исходного сигнала, и, наконец, понижают частоту дискретизации путём децимации. Существуют оптические методы [ источник не указан дней ] преобразования электрического сигнала в код. Они основаны на способности некоторых веществ изменять показатель преломления под действием электрического поля. При этом проходящий через вещество луч света изменяет свою скорость или угол отклонения на границе этого вещества в соответствии с изменением показателя преломления. Существует несколько способов регистрации этих изменений. Например, линейка фотоприемников регистрирует отклонение луча, переводя его в дискретный код. Различные интерференционные схемы с участием задержанного луча позволяют оценивать изменения сигнала или строить компараторы электрических величин. Для большинства АЦП разрядность составляет от 6 до 24 бит , частота дискретизации до 1 МГц. Мегагерцовые АЦП требуются в цифровых видеокамерах , устройствах видеозахвата и цифровых ТВ-тюнерах для оцифровки полного видеосигнала. Для уменьшения количества выводов часто АЦП, работающие на низких частотах дискретизации, имеют последовательный интерфейс. Применение АЦП с последовательным интерфейсом зачастую позволяет увеличить плотность монтажа и создать плату с меньшей площадью. Часто микросхемы АЦП имеют несколько аналоговых входов, подключённых внутри микросхемы к единственному АЦП через аналоговый мультиплексор. Различные модели АЦП могут включать в себя устройства выборки-хранения, инструментальные усилители или высоковольтный дифференциальный вход и другие подобные цепи. АЦП встроены в большую часть современной звукозаписывающей аппаратуры, поскольку обработка звука делается, как правило, на компьютерах; даже при использовании аналоговой записи АЦП необходим для перевода сигнала в PCM -поток, который будет записан на информационный носитель. Современные АЦП, используемые в звукозаписи, могут работать на частотах дискретизации до кГц. Многие люди, занятые в этой области, считают, что данный показатель избыточен и используется из чисто маркетинговых соображений об этом свидетельствует теорема Котельникова — Шеннона. Можно сказать, что звуковой аналоговый сигнал не содержит столько информации, сколько может быть сохранено в цифровом сигнале при такой высокой частоте дискретизации, и зачастую для Hi-Fi -аудиотехники используется частота дискретизации 44,1 кГц стандартная для компакт-дисков или 48 кГц типична для представления звука в компьютерах. Однако широкая полоса упрощает и удешевляет реализацию антиалиасинговых фильтров, позволяя делать их с меньшим числом звеньев или с меньшей крутизной в полосе заграждения, что положительно сказывается на фазовой характеристике фильтра в полосе пропускания. Также избыточная полоса пропускания АЦП позволяет соответственно снизить амплитудные искажения, неизбежно возникающие из-за наличия схемы выборки и хранения. АЦП для звукозаписи, используемые в компьютерах, бывают внутренние и внешние. Аналого-цифровое преобразование используется везде, где требуется принимать аналоговый сигнал и обрабатывать его в цифровой форме. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии , проверенной 28 июня ; проверки требует 1 правка. В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема , иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 26 марта года. Англо-русский словарь по программированию и информатике с толкованиями. MCS MCS PIC AVR Z8 H8 COP8 68HC08 68HC MSP MCS MCS PIC24 MAXQ Nios 68HC12 68HC ARM MIPS AVR32 PIC32 XX M32R SuperH Nios II Am LatticeMico32 MPC5xx PowerQUICC Parallax Propeller. Analog Devices Atmel Silabs Freescale Fujitsu Holtek Hynix Infineon Intel Microchip Maxim Parallax NXP Semiconductors Renesas STMicroelectronics Texas Instruments Toshiba Ubicom Zilog Cypress Интеграл Миландр. Регистр Процессор SRAM EEPROM Флеш-память Кварцевый резонатор Кварцевый генератор RC-генератор Корпус. Таймер АЦП ЦАП Компаратор ШИМ -контроллер Счётчик LCD Датчик температуры Watchdog Timer. JTAG C2 Программатор Ассемблер Прерывание MPLAB AVR Studio MCStudio. Для улучшения этой статьи желательно: Проставив сноски , внести более точные указания на источники. Найти и оформить в виде сносок ссылки на независимые авторитетные источники , подтверждающие написанное. Сопряжение цифровых и аналоговых систем Импульсная техника Радиоизмерительные приборы Преобразователи. Страницы, использующие волшебные ссылки ISBN Википедия: Нет источников с декабря Википедия: Статьи без источников тип: Статьи с утверждениями без источников более 14 дней Википедия: Нет источников с октября Википедия: Нет источников с мая Википедия: Статьи с разделами без ссылок на источники с марта года Википедия: Статьи с невикифицированным списком литературы Википедия: Статьи без сносок Википедия: Статьи без ссылок на источники. Навигация Персональные инструменты Вы не представились системе Обсуждение Вклад Создать учётную запись Войти. Пространства имён Статья Обсуждение. Просмотры Читать Текущая версия Править Править вики-текст История. В других проектах Викисклад. Эта страница последний раз была отредактирована 6 июля в Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike ; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия. Свяжитесь с нами Политика конфиденциальности Описание Википедии Отказ от ответственности Разработчики Соглашение о cookie Мобильная версия.
Какой малый бизнес в россии самый прибыльный
3д полы как сделать самостоятельно обучение видео
Расписание 118 автобуса тамбов
Сколько заряжать аккумулятор 18650
Www top shop ru каталог товаров
Где находится храм артемиды