- •1. Тенденции развития схемотехники
- •2. Влияние различных факторов на достоверность работы измерительных устр-в и систем.
- •3. Классификация оу. Области применения.
- •4. Источники образцовых напряжений, параметры. Области применения.
- •5. Аналоговые ключи. Параметры и области применения.
- •7. Оу. Основные понятия, эквивалентная схема.
- •8. Статические параметры оу.
- •9. Динамические параметры оу.
- •10. Частотная характеристика оу (ачх)
- •11. Основные схемы включения оу. Сравнение параметров.
- •12. Погрешности схем на оу.
- •13. Мдм усилители.
- •14. Инструментальные оу (иу). Схемотехника.
- •15. Подавление синфазных помех в иу.
- •16. Регулировка нуля в иу.
- •17. Работа иу на переменном токе.
- •18. Включение иу с терморезисторами.
- •19. Включение иу с термопарой.
- •20. Подключение иу к человеку.
- •21. Дифференциальный усилитель ina 105. Схемы включения.
- •22. Изолирующий усилитель. Области применения.
- •23. Изолирующие усилители. Функциональные схемы. Параметры.
- •24. Выбор оу при проектировании схем на их основе.
- •25. Проектирование схем на оу.
- •26. Особенности трансимпедансных (усилителей тока) и их применение.
- •27. Сравнение усил-лей напряжения и трансимпедансных усил-лей.
- •33. Интегральная и дифференциальная нелинейности
- •37. Разновидности ацп, сравнительный анализ.
- •38. Ацп поразрядного уравновешивания. Параметры.
- •39. Емкостной цап, свойства.
- •40. Параллельно – последовательные ацп. Параметры.
- •41. Конвейерные ацп. Параметры.
- •42. Передискретизация, формир-ие шумов квантования, цифровая фильтрация, децимация.
- •43. Дельта сигма модуляторы и ацп. Функциональная схема. Параметры.
- •44. Влияние предискретизации и порядка дельта сигма модулятора на шумовые параметры ацп.
- •45. Работа дельта сигма ацп 1-го порядка на постоянном токе.
- •46. Цап. Области применения. Основные параметры.
- •47. Dac (full decoded). Функциональные схемы и свойства.
- •48. Функциональные схема цап на fd (full decoded).
43. Дельта сигма модуляторы и ацп. Функциональная схема. Параметры.
44. Влияние предискретизации и порядка дельта сигма модулятора на шумовые параметры ацп.
Рис.5 Дискретизация с использованием низкочастотного фильтра и иллюстрация критерия Найквиста.
При классическом подходе к процессу дискретизации (Рис.5) эффективное значение шума квантования в полосе частот от 0 до составляет , где Q - вес младшего разряда, Fs - частота следования выходных отсчетов. Значительная часть шума квантования попадает в рабочую полосу частот. При соблюдении условия теоремы Котельникова (полоса частот полезного сигнала меньше либо равна ) аналоговый фильтр на входе преобразователя должен обладать высокой крутизной спада АЧХ за полосой пропускания. Это необходимо для эффективного ослабления высокочастотных шумов и помех, проникающих в рабочую полосу в результате интерференции с гармониками частоты дискретизации.
Рис.6 Передискретизация при аналоговой и цифровой фильтрациях.
Способ улучшения разрешения преобразователя - передискретизация (Рис.6). При этом входной сигнал квантуется с частотой , где К - отношение передискретизации, а Fs - частота выходного цифрового потока. Здесь появляется два новых элемента схемы: цифровой фильтр и дециматор - устройство снижения частоты следования отсчетов. Шум квантования в полосе частот от до подавляется цифровым фильтром в выходном потоке, что приводит к улучшению отношения сигнал/шум на величину равную . К сожалению, цена за сверхразрешение высока, потому что для улучшения отношения сигнал/шум на 6 дБ (1 бит) требуется соответственно увеличить коэффициент передискретизации в 4 раза. Для сохранения значения этого коэффициента передискретизации в разумных пределах можно разбить спектр шума квантования так, что бы основная его часть была между и , и только небольшая на отрезке [0.. ]. Эту функцию выполняет сигма-дельта модулятор. После такого распределения цифровой фильтр легко подавит значительную часть энергии шума квантования, и общее отношение сигнал/шум, определяющее динамический диапазон, ощутимо возрастет.
Рис.7 Сигма-дельта АЦП первого порядка
Входная (аналоговая) часть такого класса приборов - сигма-дельта модулятор, преобразующий входной сигнал в последовательный непрерывный поток нулей и единиц, следующих с частотой .
Рис.9 Линейная модель сигма-дельта модулятора
Дальнейший анализ сигма-дельта АЦП лучше всего производить в частотном аспекте, используя линейную модель (Рис.9). Отметим, что здесь интегратор представлен как аналоговый фильтр с заданной передаточной характеристикой Н(f) имеющей амплитудную зависимость обратно пропорциональную частоте. Квантователь показан как каскад усиления, предшествующий сумматору шума квантования.
Выходная величина Y может быть представлена как разность Х - Y, умноженная на передаточную функцию аналогового фильтра и на коэффициент передачи усиливающего звена, а затем сложенная с шумом квантования Q. Если положить коэффициент передачи равным 1, а передаточную функцию представить как 1/f, то в результате получим:
Y=(X-Y)/f+Q=X/(f+1)+Qf/(f+1)
Отсюда следует, что на частоте f = 0, Y = Х. С увеличением частоты величина Х уменьшается, а значение шумовой компоненты возрастает. Так как аналоговый фильтр действует как ФНЧ на сигнал и как ФВЧ на шум квантования, такие модуляторы с фильтрами часто называют шумообразующими. Это иллюстрирует Рис.10.
Рис.10 Распределение шума квантования
Из теории аналоговых фильтров известно: чем выше порядок фильтра, тем лучше его основные свойства. С некоторыми оговорками это справедливо и для сигма-дельта модуляторов (Рис.11).
Рис.11 Сигма-дельта АЦП второго порядка
Рис.12 Функции распределения спектра шума для модуляторов первого и второго порядка
Рис.13 Зависимость отношения сигнал/шум от коэффициента передискретизации для одно- двух- и трехкаскадного преобразователей.
После того как шум квантования был сформирован квантователем в полосе частот выше рабочего диапазона, необходимо подавить продукты этого шума с помощью цифровой фильтрации (Рис.14).
Рис.14 Действие цифровой фильтрации на шум квантования
Цифровой фильтр преследует двойную цель. Во-первых, он должен ослаблять переотражения от выходной частоты преобразования Fs. Во-вторых, подавлять продукты высокочастотных компонент шумообразующего процесса сигма-дельта модулятора. Снижение частоты вывода данных выполняется с помощью процесса, называемого децимацией.
Децимация может также рассматриваться как метод избавления от избыточной информации, привнесенной передискретизацией. В сигма-дельта АЦП широко используется совмещение функций цифрового фильтра и дециматора - в результате вычислительная эффективность повышается.