Электронные промышленные устройства. Кузнецов Б.Ф. - 134 стр.

134

мерения и автокоррекции используются одни и те же интегратор и компаратор, то вычитая резуль-
тат, полученный в цикле «автокоррекции», из последующего результата измерения, получают эф-
фективное снижение погрешностей на начальном участке шкалы преобразования.
       Быстродействие данного АЦП невелико, при заданном числе разрядов оно определяется ча-
стотой счетных импульсов fсч = 1/tсч. Выбор последней ограничивается в основном временем
включения компаратора.


                             3.2.6. Сигма-дельта преобразователи

       Перед тем, как рассматривать непосредственно сигма-дельта АЦП, следует изучить, как ра-
ботает передискретизация (oversampling), поскольку это базовое понятие сигма-дельта архитекту-
ры. Рассмотрим зашумленный сигнал уровня 3 В с шумом, имеющим размах 0.2 В. Возьмем 4 от-
счета этот сигнал на равных по времени промежутках. Усреднением дискретных величин в проме-
жутках мы можем уменьшить шумы (например):


      Приведенный пример, конечно, идеализирует ситуацию, но иллюстрирует суть. Если систе-
ма способна дискретизировать данные в 4 раза быстрее, чем действительно необходимо, мы можем
усреднять по 4 дискрета для лучшей фильтрации. Если система способна дискретизировать в 10
раз быстрее, мы можем усреднить 10 выборок с еще лучшим результатом. Чем больше выборок мы
можем усреднить, тем ближе наш цифровой результат будет к входной аналоговой величине. Пре-
пятствием в данном методе является необходимость повышения скорости работы АЦП и наличия
специального программного обеспечения для усреднения данных.Рассмотрим предисретизацию
более подробно.


                                   3.2.6.1. Передискретизация

       При классическом подходе к процессу дискретизации (рис. 3.27) эффективное значение шу-
ма квантования, попадающего в полосу от 0 до      , составляет       ( –вес младшего разряда,
   – частота следования выходных отсчетов).
       Здесь значительная часть шума квантования попадает в рабочую полосу частот. При соблю-
дении условия теоремы Котельникова (полоса частот полезного сигнала меньше либо равна       )
аналоговый фильтр на входе преобразователя должен обладать высокой крутизной спада АЧХ за
полосой пропускания, для эффективного ослабления высокочастотных шумов и помех, которые
могут проникать в рабочую полосу в результате интерференции с гармониками частоты дискрети-
зации. В подавляющем большинстве случаев это активный ФНЧ. Но добиться удовлетворительно-
го коэффициента гармоник у таких фильтров — весьма непростая задача, так, же как и малых фа-
зовых искажений. Тут можно столкнуться с глубоким противоречием.
Передискретизация, ресемплинг, ресамплинг, оверсамплинг (англ. resampling) — изменение часто-
ты дискретизации цифрового сигнала

       Другой способ улучшения разрешения преобразователя – передискретизация (рис. 3.27).
При том входной сигнал квантуется с частотой    (K – отношение передискретизации), а выход-
ной цифровой поток следует уже с темпом . Мы можем видеть два новых элемента схемы: циф-
ровой фильтр и дециматор (устройство снижения темпа следования отсчетов). Шум квантования в
полосе частот от     до        подавляется цифровым фильтром в выходном потоке. Это приво-
дит к улучшению отношения сигнал-шум на величину, равную              .