Анализ  модели ацп последовательного приближения

↑

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение Высшего образования

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (ФГОБУ ВО «СибГУТИ»)

Кафедра САПР

Расчетно-графическая работа по дисциплине

«Основы компьютерного проектирования и моделирования РЭС»

Вариант - 3

Выполнил: ст. гр. РСК-711 ФМРМ ___________ ___________ Канин П.М

                                                                                                  (дата)          (подпись)

Проверил: Доцент кафедры САПР ___________ ___________ Оболонин И.А

                                                                                                  (дата)          (подпись)

Новосибирск 2021г.

Содержание

1. Введение 2

2. Задание 4

3. Анализ  модели АЦП последовательного приближения 6

4. Расчетная часть 8

4.1. Амплитудная характеристика безынерционного ограничителя и компрессора 8

4.2.Оценка нелинейных искажений гармонического сигнала 12

4.3 Расчет отношения SNR квантования и отношения SNR для продуктов нелинейности 2 и 3го порядков 20

5. Заключение 21

Список литературы 22

1. Введение

В качестве отправной точки дадим определение аналого-цифровому преобразованию. Аналого-цифровое преобразование – это процесс преобразования входной физической величины в ее числовое представление. Аналого-цифровой преобразователь – устройство, выполняющее такое преобразование. Формально, входной величиной АЦП может быть любая физическая величина – напряжение, ток, сопротивление, емкость, частота следования импульсов и т.п. Однако, для определенности, в дальнейшем под АЦП мы будем понимать исключительно преобразователи напряжение-код.

АЦП имеет множество характеристик, из которых основными можно назвать частоту преобразования и разрядность. Частота преобразования обычно выражается в отсчетах в секунду (samples per second, SPS), разрядность – в битах. Современные АЦП могут иметь разрядность до 24 бит и скорость преобразования до единиц GSPS (конечно, не одновременно). Чем выше скорость и разрядность, тем труднее получить требуемые характеристики, тем дороже и сложнее преобразователь.

На качество аналого-цифрового преобразования влияет много факторов, одним из которых является защита АЦП от перегрузок.

Рис. 1.1. Классификация АЦП

При компрессии аудиоданных в психоакустических моделях стандартов MPEG и АС шаг квантования изменяется в соответствии с уровнем кодируемого сигнала в субполосе. Т.е. шумы квантования возрастают пропорционально росту кодируемого сигнала. Однако кодирование ведется так, что уровень шумов не превышает относительный порог слышимости (шумы маскируются полезным сигналом). При этом не учитывается тот факт, что при первичном ИКМ преобразовании уровень аудиосигнала может превышать квазимаксимальный по которому выбирается порог перегрузки аналого-цифрового преобразования (АЦП).

Перегрузки АЦП на входе цифровых аудиотрактов недопустимы, поскольку АЦП порождают собственные побочные эффекты (артефакты) и возникающие искажения в корне отличаются от нелинейных искажений в аналоговых трактах (с точки зрения слухового восприятия). В аналоговых трактах перегрузки (превышение номинального уровня), длящаяся несколько миллисекунд слухом не воспринимаются (свойство слуха).

Тривиальным решением является применение на входе АЦП жесткого (безынерционного) ограничения на уровне, не превышающем порог перегрузки. Такое решение приводит к появлению нелинейных искажений и потере высокочастотных составляющих в области превышения порога ограничения.

Другое решение рассматриваемой проблемы т это компрессия сигнала в верхней части его динамического диапазона. В этом случае сохраняются высокочастотные составляющие исходного сигнала, но нелинейные искажения неизбежны.

2. Задание

1. В соответствии с вариантом задания провести анализ указанной модели АЦП;

2. Для указанного варианта рассчитать и построить характеристики безынерционного ограничителя и компрессора верхней части динамического диапазона сигнала;

3. Оценить нелинейные искажения гармонического сигнала (частота в соответствии с вариантом задания) на выходе ограничителя и компрессора верхней части динамического диапазона сигнала;

4. Произвести расчет отношения сигнал/шум квантования для заданного m (число бит на отсчет) и отношения сигнал/шум для продуктов нелинейности второго и третьего порядков для безынерционного ограничителя и компрессора.

№ вар.

Вид

АЦП

(№ на рис. 1)

Порог ограничения

(дБ)

-3

Частота сигнала в Гц

1,5∙10³

Разрядность АЦП (бит/отсчет)

Уровень квази- максимального сигнала (дБ)

1,25

Согласно данным варианту исследуемая модель АЦП классифицируется как АЦП последовательного приближения.

Наиболее распространенным видом аналого-цифровых преобразователей в настоящее время являются АЦП последовательного приближения (SAR ADC). Эти преобразователи позволяют в течение одного периода тактового сигнала получить один двоичный разряд. При измерении каких-либо объектов мы обычно последовательно увеличиваем точность измерения. Подобным образом можно проводить измерения и в двоичной системе счисления. В этом случае каждый раз точность измерения будет возрастать ровно в два раза.

При измерении неизвестного расстояния оно сравнивается с эталоном длины — линейкой. Если на его вход подавать цифровые коды, то на его выходе будут появляться напряжения, соответствующие этим цифровым кодам. Для формирования необходимых для измерения цифровых кодов служит специальная схема, называемая регистром последовательного приближения. Для сравнения неизвестного напряжения, поступающего с выхода устройства выборки и хранения, с эталонными напряжениями, поступающими с выхода цифро-аналогового преобразователя, воспользуемся аналоговым компаратором.

Рисунок 3.1. Структурная схема АЦП последовательного приближения

Для полного преобразования аналогового сигнала в цифровую форму АЦП последовательного приближения требуется, как минимум, N+1 тактовых импульсов (один такт на выдачу половинного напряжения и N тактов для получения N двоичных разрядов).

АЦП последовательного приближения могут работать как в режиме одиночного преобразования, так и в режиме создания непрерывного потока данных. На рисунке 2 этот аналого-цифровой преобразователь включен в режиме непрерывного преобразования входного сигнала.

Если требуется производить одиночное аналого-цифровое преобразование в определенные моменты времени, то обратная связь с выхода готовности на вход запуска регистра последовательного приближения разрывается и преобразование начинается сразу же после поступления импульса на вход запуска. В этом случае высокой стабильности от генератора тактовой частоты не требуется. АЦП последовательного приближения используются на частотах преобразования от единиц килогерц до десятков мегагерц. При этом удается достигнуть точности преобразования до 18 двоичных разрядов.

Данный класс АЦП занимает промежуточное положение по быстродействию, стоимости и разрешающей способности между последовательно-параллельными и интегрирующими АЦП и находит широкое применение в системах управления, контроля и цифровой обработки сигналов.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману