Динамический диапазон ацп: АЦП с передискретизацией и PGA обеспечивают 127-дБ динамический диапазон

Содержание

Пресс-центр компании «Диполь»

23 июля 2015

подписаться подписаться

Материал компании Crystal Instruments под редакцией руководителя сервисной службы испытательного оборудования Олега Туркалова, [email protected]
Перевод Артема Вахитова

Одной из уникальных особенностей устройств, производимых компанией Crystal Instruments, является их выдающийся динамический диапазон — 150 дБ относительно максимального уровня сигнала. Такие высокие характеристики впервые достигнуты в столь компактных и недорогих устройствах. Главное преимущество широкого динамического диапазона — отсутствие необходимости настраивать чувствительность и амплитудный диапазон входного усилителя, что упрощает процесс подготовки и выполнения измерений. Сигналы, различающиеся по уровню на порядки — от максимума в 10 вольт до нескольких микровольт, — измеряются одновременно без перенастройки. Благодаря этому подготавливать и выполнять измерения оказывается значительно проще, чем при использовании приборов с более узким динамическим диапазоном.

В данной статье мы разъясним понятие «динамический диапазон» и опишем различные методы его оценки, в том числе и тот, который применяет компания Crystal Instruments.

Динамический диапазон в динамических измерениях

Динамический диапазон — одна из важнейших характеристик системы динамических измерений. Если он слишком узок, сильные сигналы будут ограничиваться и искажаться, а слабые потонут в собственном шуме системы. Шум является неотъемлемым атрибутом электронных схем, предназначенных для усиления и формирования сигналов от первичных измерительных преобразователей. Максимальное расширение динамического диапазона — задача первоочередной важности в приборостроении, поскольку от этого зависит возможность точного одновременного измерения как слабых, так и сильных сигналов.
Восприятие данной характеристики осложняется тем, что производители определяют и измеряют ее по-разному. Их можно понять, ведь общепринятой технической формулировки, раскрывающей содержание динамического диапазона, не существует.

В общем случае он расплывчато характеризуется как отношение наибольшего и наименьшего значений сигнала, которые система способна точно измерить в один и тот же момент времени. Такое определение вызывает несколько вопросов:
1.    Что значит «в один и тот же момент времени»? Сравниваем ли мы слабый сигнал, наложенный на сильный, с самим этим сильным сигналом — или же отдельно слабый и сильный сигналы, которые зафиксированы на одной временной отметке, но в разные периоды?
2.    Что значит «наибольшее значение сигнала»? Есть три общеупотребительные меры наибольшего значения сигнала, и каждая из них уместна в определенном контексте:
•    размах амплитуды (peak-to-peak, full-scale range) — разность между двумя крайними значениями сигнала;
•    амплитуда (zero-to-peak) — разность между средним и амплитудным значениями сигнала;
•    действующее значение (RMS full-scale) — среднеквадратичное значение сигнала (для синусоидального сигнала это 0,707 от его амплитуды).
3.    Что значит «наименьшее значение сигнала»? Имеется ли в виду уровень шума? Рассматривается ли некоторая узкая фиксированная полоса частот или же вся полоса пропускания устройства? Это важно, поскольку измеренный среднеквадратичный уровень шума будет зависеть от полосы частот, в которой он измеряется.
Для правильной интерпретации паспортного значения динамического диапазона необходимо разобраться в этих вопросах и выяснить, как производитель измеряет величину, чтобы можно было сравнивать между собой разные устройства.

Динамический диапазон относительно максимального уровня сигнала (dBFS)

При испытаниях своих приборов — анализатора сигналов CoCo-80 и виброконтроллеров Spider 81/81b/80x — компания Crystal Instruments применяет одно из наиболее распространенных определений — динамический диапазон относительно максимального уровня сигнала (dBFS), измеряемый в децибелах (дБ). Это отношение максимального размаха амплитуды измеряемого сигнала (VFS) к действующему значению напряжения собственного шума системы (VN). VN обычно измеряется с заглушенным входом и заземлением.

 

В системе регистрации данных dBFS представляет собой частотно-зависимую переменную величину: чем шире полоса пропускания прибора, тем уже динамический диапазон (меньше значение dBFS). Это связано с тем, что шум обычно имеет равномерное распределение спектральной плотности мощности. А потому чем шире участок спектра, на котором рассчитывается действующее значение напряжения шума VN, тем больше это значение. Соответственно, можно искусственно завысить dBFS, сузив полосу частот, в которой выполняется измерение.

Параметр dBFS измеряется либо во временной, либо в частотной области, при этом результаты измерений будут неодинаковыми. При измерении во временной области знаменатель формулы dBFS представляет собой среднеквадратичное значение шумового сигнала в некоторой широкой полосе частот, а в частотной области — мощность шумового сигнала на конкретных частотах. Если распределение спектральной плотности мощности шума в системе равномерное, то в частотной области значение VN будет ниже, а dBFS — выше.

Измерение dBFS во временной области

На рис. 1 показана длительная сигналограмма во временной области, полученная на частоте дискретизации 1 кГц. Сначала на вход прибора CoCo-80 было подано синусоидальное напряжение амплитудой 10 В, что соответствует максимальному уровню входного сигнала. Во время регистрации этого сигнала вход прибора был отсоединен, и на него была установлена заглушка. Соответственно, во второй части сигналограммы регистрировался только собственный шум системы.

С помощью программного обеспечения было определено действующее значение шума — 1,81 мкВ. Следовательно, для динамического диапазона получаем:

Описанное выше измерение было повторено на различных частотах дискретизации. В результате получены следующие значения dBFS:

Измерение dBFS в частотной области

Как видно из предыдущей таблицы, dBFS зависит от частоты дискретизации, поэтому рассмотрим уровень собственного шума прибора в частотной области. В этом режиме мы можем воспользоваться функцией автоматического измерения спектральной плотности мощности с градуировкой отсчетной шкалы в децибелах относительно максимального уровня сигнала. Поскольку максимальная амплитуда входного сигнала CoCo-80 составляет 10 В, по этой шкале синусоидальный сигнал амплитудой 10 В даст пик с уровнем 0 дБ.

На рис. 2 показано, что при установленной на входе прибора 50-омной заглушке уровень собственных шумов прибора оказывается ниже — 150 дБ. Автоматическое измерение спектральной плотности мощности выполнено методом БПФ по 4096 точкам с 64-кратным усреднением спектра. Таким образом, измерив очень слабый синусоидальный сигнал амплитудой 1 мкВ, мы можем заявить, что динамический диапазон равен 150 дБ!

Как можно видеть, при измерении в частотной области значение dBFS оказывается выше, чем во временной области, потому что в первом случае синусоидальный сигнал максимальной амплитуды сравнивается с собственным шумом на отдельных частотах, а не с суммарным шумом во всей полосе пропускания.

Кроме того, при усреднении спектра снижается дисперсия оценки шумового спектра. Во временной области синусоидальный сигнал амплитудой 1 мкВ полностью потонул бы в шуме, а в частотной области он оказывается виден после усреднения.
Подводя итоги, можно сказать, что динамический диапазон — понятие расплывчатое и числовое значение этой характеристики будет различаться в зависимости от метода ее измерения. Для CoCo-80 динамический диапазон относительно максимального уровня сигнала (dBFS) при измерении во временной области составляет 130 дБ, а в частотной области — 150 дБ.

Как достигается столь широкий динамический диапазон в устройствах Crystal lnstruments?

В устройствах компании Crystal Instruments столь широкий динамический диапазон достигается за счет применения уникальной патентованной технологии с использованием двух аналого-цифровых преобразователей (АЦП) в каждом измерительном канале (рис. 4).

Эта уникальная технология предусматривает использование двух АЦП, установленных параллельно в каждом измерительном канале. В ходе регистрации информации потоки данных во временной области с обоих АЦП поступают на цифровой сигнальный процессор (ЦСП). ЦСП выбирает соответствующие потоки.
При столь широком динамическом диапазоне каждого входа необходимость в настройке чувствительности (диапазона входных напряжений) практически отпадает.

Справка

В настоящее время на рынке присутствует множество компаний, предлагающих комплексные решения для управления вибросистемами, измерения вибрации и анализа данных. Одна из таких компаний — Crystal Instruments Corporation. Компания была основана в 1996 году доктором физических наук Джеймсом Чжугэ (James Zhuge, Ph. D.) и Джастином Тангом (Justin Tang) и располагается в центре высоких технологий — Кремниевой долине.


Первым продуктом CI стал анонсированный в 1996 году самый маленький на тот момент анализатор сигналов, использующий сигма-дельта АЦП — Type II PCMCIA Dynamic Signal Analyzer (платы AQ204 производятся и востребованы по сей день). После успешной разработки систем сбора и анализа данных создатели CI обратили внимание на рынок вибрации и внесли свой вклад в создание компании DACTRON в том же, 1996 году. Успех не заставил себя долго ждать — на рынке появились  виброконтроллеры DACTRON Laser и DACTRON Comet. В 2003 году компания LDS взяла под крыло успешный DACTRON, который за семь лет существования выпустил на рынок более 20 различных продуктов. В 2006 году Bruel & Kjaer выкупают DACTRON у LDS, а Джеймс Чжугэ и Джастин Танг возвращаются к своему первоначальному проекту — Crystal Instruments. Уже в 2007-м они предлагают уникальный ручной сборщик и анализатор данных CoCo-80. Crystal Instruments признали лидером и инноватором рынка.

За последующие четыре года компания выпускает на рынок семейство контроллеров 4-го поколения Spider (Spider 80 в 2009,Spider 81/81b в 2010, Spider 80x в 2013).
На данный момент Crystal Instruments работает в следующих направлениях:
•    мониторинг машин;
•    структурный анализ;
•    шумо- и виброметрия;
•    акустический анализ;
•    техническое обслуживание продукции;
•    системы управления электродинамическими вибростендами.

НОУ ИНТУИТ | Лекция | Применение ЦАП и АЦП

< Дополнительный материал  || Лекция 13: 123456

Аннотация: В лекции рассматриваются принципы работы аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, о типах микросхем ЦАП и АЦП, их алгоритмах работы, параметрах, типовых схемах включения, а также о способах реализации на их основе некоторых часто встречающихся функций.

Ключевые слова: ЦАП, DAC, analog, converter, аналого-цифровые преобразователи, АЦП, ADC, телевизор, вывод, очередь, опорное напряжение, операционный усилитель, Z-резистор, аналоговый сигнал, отрицательная обратная связь, параллельный регистр, двоичный счетчик, тактовый генератор, тактовый сигнал, значение сигнала, сумматор, CLK, Цифровой сигнал, шифратор, компаратор кодов, буферная память, синхронизация процессов, интегратор

Как уже отмечалось во «Микросхемы и их функционирование» , цифро-аналоговые преобразователи ( ЦАП, DAC — «Digital-to-Analog Converter») и аналого-цифровые преобразователи ( АЦП, ADC — «Analog-to-Digital Converter») главным образом применяются для сопряжения цифровых устройств и систем с внешними аналоговыми сигналами, с реальным миром. При этом АЦП преобразует аналоговые сигналы во входные цифровые сигналы, поступающие на цифровые устройства для дальнейшей обработки или хранения, а ЦАП преобразует выходные цифровые сигналы цифровых устройств в аналоговые сигналы (см.рис. 2.12).

ЦАП и АЦП применяются в измерительной технике (цифровые осциллографы, вольтметры, генераторы сигналов и т.д.), в бытовой аппаратуре (телевизоры, музыкальные центры, автомобильная электроника и т.д.), в компьютерной технике (ввод и вывод звука в компьютерах, видеомониторы, принтеры и т.д.), в медицинской технике, в радиолокационных устройствах, в телефонии и во многих других областях. Применение ЦАП и АЦП постоянно расширяется по мере перехода от аналоговых к цифровым устройствам.

В качестве ЦАП и АЦП обычно применяются специализированные микросхемы, выпускаемые многими отечественными и зарубежными фирмами.

Применение ЦАП

В общем случае микросхему ЦАП можно представить в виде блока (рис. 13.1), имеющего несколько цифровых входов и один аналоговый вход, а также аналоговый выход.

Рис. 13.1. Микросхема ЦАП

На цифровые входы ЦАП подается n-разрядный код N, на аналоговый вход — опорное напряжение Uоп (другое распространенное обозначение — UREF ). Выходным сигналом является напряжение Uвых (другое обозначение — UO ) или ток Iвых (другое обозначение — IO ). При этом выходной ток или выходное напряжение пропорциональны входному коду и опорному напряжению. Для некоторых микросхем опорное напряжение должно иметь строго заданный уровень, для других допускается менять его значение в широких пределах, в том числе и изменять его полярность (положительную на отрицательную и наоборот). ЦАП с большим диапазоном изменения опорного напряжения называется умножающим ЦАП, так как его можно легко использовать для умножения входного кода на любое опорное напряжение.

Кроме информационных сигналов, микросхемы ЦАП требуют также подключения одного или двух источников питания и общего провода. Обычно цифровые входы ЦАП обеспечивают совместимость со стандартными выходами микросхем ТТЛ.

Чаще всего в случае, если ЦАП имеет токовый выход, его выходной ток преобразуется в выходное напряжение с помощью внешнего операционного усилителя и встроенного в ЦАП резистора RОС, один из выводов которого выведен на внешний вывод микросхемы (рис. 13.2). Поэтому, если не оговорено иное, мы будем в дальнейшем считать, что выходной сигнал ЦАП — напряжение UO.

Рис. 13.2. Преобразование выходного тока ЦАП в выходное напряжение

В качестве примера на рис. 13.3 показано 4-разрядное (n = 4) цифро-аналоговое преобразование на основе резистивной матрицы R–2R и ключей (в реальности используются ключи на основе транзисторов). Правому положению ключа соответствует единица в данном разряде входного кода N (разряды D0 D3). Операционный усилитель может быть как встроенным (в случае ЦАП с выходом по напряжению), так и внешним (в случае ЦАП с выходом по току).

Рис. 13.3. 4-разрядное цифро-аналоговое преобразование

При правом положении каждого ключа (единица в соответствующем разряде входного кода ЦАП ) ток, коммутируемый этим ключом, поступает на суммирование. При левом положении ключа (нуль в соответствующем разряде входного кода ЦАП ) ток, коммутируемый этим ключом, на суммирование не поступает.

Суммарный ток IO от всех ключей создает на выходе операционного усилителя напряжение UO=IO RОС=IOR. То есть вклад первого ключа (старшего разряда кода) в выходное напряжение составляет UREF/2, второго — UREF/4, третьего — UREF/8, четвертого — UREF/16. Таким образом, при входном коде N = 0000 выходное напряжение схемы будет нулевым, а при входном коде N = 1111 оно будет равно –15UREF/16.

В общем случае выходное напряжение ЦАП при RОС = R будет связано со входным кодом N и опорным напряжением UREF простой формулой

UВЫХ = –N • UREF 2-n

где n — количество разрядов входного кода. Знак минус получается из-за инверсии сигнала операционным усилителем. Эту связь можно проиллюстрировать также табл. 13.1.

Таблица 13.1. Преобразование ЦАП в однополярном режиме
Входной код N Выходное напряжение UВЫХ
000 000 0
000 001 -2-n UREF
100 000 -2-1 UREF
111 111 -(1-2-n) UREF

Типы АЦП и ЦАП

Abstract

В этом документе собраны и определены технические термины, обычно используемые с аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) и цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП).

Время получения

Время сбора данных — это интервал между выходом из состояния удержания (вызванным входной схемой отслеживания и удержания) и моментом, когда напряжение на конденсаторе выборки стабилизируется с точностью до 1 младшего разряда от нового входного значения. Уравнение для времени приобретения (T acq ) это:

где R SOURCE — импеданс источника, C SAMPLE — емкость дискретизации, а N — количество битов разрешения.

Псевдоним

В теории дискретизации частоты входного сигнала, превышающие частоту Найквиста, «накладываются». То есть они «свернуты назад» или реплицированы в других положениях спектра выше и ниже частоты Найквиста. Чтобы предотвратить наложение, вы должны адекватно фильтровать все нежелательные сигналы, чтобы АЦП не оцифровывал их. Псевдонимы могут быть использованы с пользой при недостаточной выборке.

См. также указания по применению Основы фильтрации: сглаживание

Диафрагменная задержка

Задержка апертуры (t AD ) в АЦП представляет собой интервал между фронтом выборки тактового сигнала (нарастающий фронт тактового сигнала на рисунке) и моментом, когда производится выборка. Выборка берется, когда функция отслеживания и удержания АЦП переходит в состояние удержания.

Рис. 1. Диафрагменная задержка (красный) и дрожание (синий).

Дрожание диафрагмы

Дрожание апертуры (t AJ ) представляет собой изменение задержки апертуры от выборки к выборке, как показано на этом рисунке. Типичные значения джиттера апертуры АЦП намного меньше значений апертурной задержки.

Двоичное кодирование (униполярное)

Прямой двоичный код — это схема кодирования, обычно используемая для однополярных сигналов. Двоичный код (от нулевой шкалы до полной шкалы) находится в диапазоне от всех нулей (00…000) до положительного значения полной шкалы всех единиц (11…111). Средняя шкала представлена ​​единицей (старшим битом), за которой следуют все нули (10…000). Этот код подобен двоичному кодированию со смещением, которое учитывает положительные и отрицательные значения биполярных передаточных функций.

Биполярные входы

Термин «биполярный» указывает на то, что сигнал колеблется выше и ниже некоторого опорного уровня. В несимметричных системах вход обычно привязан к аналоговой земле, поэтому биполярный сигнал — это сигнал, который колеблется выше и ниже земли. В дифференциальных системах, где сигнал не привязан к земле, а положительный вход связан с отрицательным входом, биполярный сигнал — это сигнал, в котором положительный вход колеблется выше и ниже отрицательного входа.

Отклонение синфазного сигнала (CMR)

Подавление синфазного сигнала — это способность устройства подавлять сигнал, общий для обоих входов. Синфазный сигнал может быть сигналом переменного или постоянного тока или их комбинацией. Коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) представляет собой отношение усиления дифференциального сигнала к усилению синфазного сигнала. CMRR часто выражается в децибелах (дБ).

Перекрёстные помехи

Перекрёстные помехи — это мера того, насколько хорошо каждый аналоговый вход изолирован от других. Для АЦП с более чем одним входным каналом перекрестные помехи — это величина сигнала, который передается с одного аналогового входа на другой. Это значение обычно указывается в децибелах (дБ). Для ЦАП с более чем одним входным каналом перекрестные помехи — это уровень шума, который появляется на выходе ЦАП при обновлении другого выходного канала ЦАП.

Ошибка дифференциальной нелинейности (DNL)

Для АЦП уровни аналогового входа, запускающие любые два последовательных выходных кода, должны отличаться на один младший бит (DNL = 0). Любое отклонение от одного LSB определяется как DNL. Для ЦАП ошибка DNL представляет собой разницу между идеальными и измеренными выходными характеристиками для последовательных кодов ЦАП. Идеальный ответ ЦАП должен иметь аналоговые выходные значения ровно на один код (LSB) друг от друга (DNL = 0). (Спецификация DNL больше или равна 1LSB гарантирует монотонность.) (См. «Монотонность».)

Рис. 2. DNL для АЦП и ЦАП.

См. также указания по применению Измерения INL/DNL для высокоскоростных аналого-цифровых преобразователей (АЦП)

Цифровой ввод

Цифровой сквозной сигнал — это шум, который появляется на выходе ЦАП при переключении цифровых линий управления. На рисунке сквозной сигнал на выходе ЦАП является результатом шума последовательного тактового сигнала.

Рис. 3. Цифровой ввод.

Динамический диапазон

Обычно выражаемый в дБ, динамический диапазон определяется как диапазон между минимальным уровнем шума устройства и заданным максимальным выходным уровнем. Динамический диапазон АЦП — это диапазон амплитуд сигналов, которые может разрешить АЦП; АЦП с динамическим диапазоном 60 дБ может разрешать амплитуды сигналов от x до 1000x. Динамический диапазон важен в коммуникационных приложениях, где мощность сигнала сильно различается. Если сигнал слишком большой, он превышает диапазон входного сигнала АЦП. Если сигнал слишком мал, он теряется в шуме квантования преобразователя.

Эффективное число битов (ENOB)

ENOB определяет динамические характеристики АЦП при определенной входной частоте и частоте дискретизации. Ошибка идеального АЦП состоит только из шума квантования. По мере увеличения входной частоты общий шум (особенно в компонентах искажения) также увеличивается, тем самым уменьшая ENOB и SINAD. (См. «Отношение сигнал-шум и искажение (SINAD)».) ENOB для полномасштабного синусоидального входного сигнала вычисляется из:

Выходы Force-Sense

Это метод измерения, при котором напряжение (или ток) принудительно подается в удаленной точке цепи, а результирующий ток (или напряжение) измеряется (чувствуется). ЦАП со встроенными выходными усилителями, например, иногда имеют выходы с измерением силы. Инвертирующий вход выходного усилителя доступен для внешнего подключения, а цепь обратной связи должна быть закрыта снаружи.

Максимальная пропускная способность (FPBW)

АЦП работает с приложенным аналоговым входом с амплитудой, указанной полной шкалой преобразователя, или близкой к ней. Входная частота увеличивается до точки, при которой амплитуда оцифрованного результата преобразования уменьшается на 3 дБ. Эта входная частота определяется как входная полоса пропускания при полной мощности.

Полномасштабная (FS) ошибка

Ошибка полной шкалы — это разница между фактическим значением, которое инициирует переход к полной шкале, и идеальным аналоговым значением перехода полной шкалы. Ошибка полной шкалы равна ошибке смещения + ошибка усиления, как показано на этом рисунке.

Рис. 4. Полная погрешность для АЦП и ЦАП.

Ошибка усиления FS (DAC)

Полная погрешность усиления цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) представляет собой разницу между фактическим и идеальным выходным диапазоном. Фактический диапазон определяется выходом, когда все входы установлены на 1 с, минус выход, когда все входы установлены на 0. На полномасштабную погрешность усиления любого преобразователя данных может повлиять выбор опорного значения, используемого для измерения погрешности усиления.

Ошибка усиления

Ошибка усиления АЦП или ЦАП показывает, насколько наклон фактической передаточной функции соответствует наклону идеальной передаточной функции. Погрешность усиления обычно выражается в LSB или в процентах от полного диапазона (%FSR), и ее можно откалибровать аппаратно или программно. Ошибка усиления – это ошибка полной шкалы за вычетом ошибки смещения.

Рисунок 5. Ошибка усиления для АЦП и ЦАП.

Дрейф ошибки усиления

Дрейф ошибки усиления — это изменение ошибки усиления из-за изменения температуры окружающей среды, обычно выражаемое в ppm/°C.

Согласование усиления

Согласование коэффициентов усиления показывает, насколько хорошо коэффициенты усиления всех каналов многоканального АЦП согласованы друг с другом. Чтобы вычислить согласование усиления, подайте один и тот же входной сигнал на все каналы и укажите максимальное отклонение усиления, обычно в дБ.

Глюк Импульс

Глитч-импульс — это переходное напряжение, которое появляется на выходе ЦАП, когда происходит переход основного переноса. Обычно измеряется в нВ•с и равняется площади под кривой на графике зависимости напряжения от времени.

Гармоник

Гармоника периодического сигнала представляет собой синусоиду, кратную основной частоте сигнала.

Интегральная нелинейность (INL) Ошибка

Для преобразователей данных INL — это отклонение фактической передаточной функции от прямой линии. После обнуления ошибок смещения и усиления прямая линия является либо наиболее подходящей прямой линией, либо линией, проведенной между конечными точками передаточной функции. INL часто называют «относительной точностью».

Рис. 6. INL для АЦП и ЦАП.

Интермодуляционные искажения (IMD)

IMD — это явление, при котором нелинейность в цепи или устройстве создает новые частотные составляющие, которых нет в исходном сигнале. IMD включает в себя эффекты гармонического искажения и двухтонального искажения. Он измеряется как отношение общей мощности этих выбранных продуктов интермодуляции (т. е. от IM2 до IM5) к общей мощности двух входных сигналов, f1 и f2. Сигналы f1 и f2 имеют одинаковую амплитуду и очень близки друг к другу по частоте. Продукты интермодуляции 2–5-го порядка следующие:

  • Продукты интермодуляции 2-го порядка (IM2): f1 + f2, f2 — f1
  • Продукты интермодуляции 3-го порядка (IM3): 2 x f1 — f2, 2 x f2 — f1, 2 x f1 + f2, 2 x f2 + f1
  • Продукты интермодуляции 4-го порядка (IM4): 3 x f1 — f2, 3 x f2 — f1, 3 x f1 + f2, 3 x f2 + f1
  • Продукты интермодуляции 5-го порядка (IM5): 3 x f1 — 2 x f2, 3 x f2 — 2 x f1, 3 x f1 + 2 x f2, 3 x f2 + 2 x f1.

Младший значащий бит (LSB)

В двоичном числе младший бит является наименее взвешенным битом в группе. Как правило, LSB является самым дальним правым битом. Для АЦП или ЦАП вес LSB равен полному диапазону напряжения преобразователя, деленному на 2 N , где N — разрешение преобразователя. Для 12-разрядного АЦП с однополярным полным напряжением 2,5 В 1LSB = (2,5 В/2 12 ) = 610 мкВ.

Переход мажорного переноса

При переходе к основному переносу (приблизительно в середине шкалы) либо MSB изменяется с младшего на высокий, а все остальные биты изменяются со старшего на низкий, либо MSB изменяется с высокого на низкий, а все остальные биты изменяются с младшего на высокий. Например, 01111111 в 10000000 — это переход с основным переносом. Переходы основного переноса часто вызывают наихудший шум переключения. (См. Глитч-импульс.)

Монотонный

Последовательность монотонно возрастает, если для каждого n число Pn + 1 больше или равно Pn. Точно так же последовательность монотонно убывает, если для каждого n Pn + 1 меньше или равно Pn. ЦАП является монотонным, если аналоговый выходной сигнал всегда увеличивается по мере увеличения входного сигнала ЦАП-кода. АЦП является монотонным, если цифровой выходной код всегда увеличивается по мере увеличения аналогового входного сигнала АЦП. Преобразователь гарантированно монотонный, если ошибка DNL не превышает ±1LSB.

Старший бит (MSB)

В двоичном числе старший бит является самым взвешенным битом в числе. Как правило, MSB является самым левым битом.

Умножающий ЦАП (MDAC)

Умножающий ЦАП позволяет подать сигнал переменного тока на опорный вход. Подавая интересующий сигнал на опорный вход и используя коды ЦАП для масштабирования сигнала, ЦАП можно использовать в качестве цифрового аттенюатора.

Нет пропущенных кодов

АЦП не имеет пропущенных кодов, если он выдает все возможные цифровые коды в ответ на линейно изменяющийся сигнал, подаваемый на аналоговый вход.

Частота Найквиста

Принцип Найквиста гласит, что для полного представления аналогового сигнала без эффектов наложения частот частота дискретизации АЦП должна как минимум в два раза превышать максимальную полосу пропускания сигнала. Эта максимальная ширина полосы называется частотой Найквиста.

Двоичное кодирование смещения

Двоичное смещение — это схема кодирования, часто используемая для биполярных сигналов. При смещенном двоичном кодировании самое отрицательное значение (отрицательная полная шкала) представлено всеми нулями (00…000), а самое положительное значение (положительная полная шкала) представлено всеми единицами (11…111). Нулевая шкала представлена ​​единицей (MSB), за которой следуют все нули (10…000). Эта схема аналогична прямому двоичному кодированию, которое обычно используется для однополярных сигналов. (См. Двоичное кодирование, Униполярный.)

Ошибка смещения (биполярный)

Измерение ошибки смещения в биполярных преобразователях аналогично измерению ошибки смещения в униполярных преобразователях. Однако ошибка, измеренная в нулевой шкале, находится в середине биполярной передаточной функции. (См. Ошибка смещения (униполярная).)

Ошибка смещения (униполярный)

Ошибка смещения, часто называемая ошибкой «нулевого масштаба», указывает, насколько хорошо фактическая передаточная функция соответствует идеальной передаточной функции в одной точке. Для идеального преобразователя данных первый переход происходит при 0,5 LSB выше нуля. Для АЦП напряжение нулевой шкалы подается на аналоговый вход и увеличивается до тех пор, пока не произойдет первый переход. Для ЦАП ошибка смещения — это реакция аналогового выхода на входной код, состоящий из всех нулей.

Рис. 7. Ошибка смещения для АЦП и ЦАП.

Ошибка смещения Дрейф

Дрейф ошибки смещения — это изменение ошибки смещения из-за изменения температуры окружающей среды, обычно выражаемое в ppm/°C.

Передискретизация

Для АЦП выборка аналогового входа со скоростью, намного превышающей частоту Найквиста, называется передискретизацией. Передискретизация улучшает динамические характеристики АЦП за счет эффективного снижения уровня шума. Улучшение динамических характеристик приводит, в свою очередь, к более высокому разрешению. Передискретизация является основой сигма-дельта АЦП.

См. также указания по применению Демистификация сигма-дельта АЦП

Фазовое согласование

Фазовое согласование показывает, насколько хорошо согласованы фазы идентичных сигналов, подаваемых на все каналы многоканального АЦП. Фазовое согласование — это максимальное отклонение фазы среди всех каналов, которое обычно указывается в градусах.

Отказ от источника питания (PSR)

Коэффициент подавления источника питания (PSRR) — это отношение изменения напряжения источника питания постоянного тока к результирующему изменению полной шкалы ошибки, выраженное в дБ.


Ошибка квантования

Для АЦП ошибка квантования определяется как разница между фактическим аналоговым входом и цифровым представлением этого значения. (См. «Квантование».)

Логометрические измерения

Вместо опорного напряжения с постоянным значением часть сигнала, подаваемого на преобразователь (т. е. тензодатчик или мост), подается на вход опорного напряжения АЦП. Этот тип измерения, называемый логометрическим, устраняет любые ошибки, вызванные изменениями опорного напряжения. Пример логометрического измерения с использованием резистивного моста показан на рисунке ниже.

Рис. 8. Логометрическое измерение с использованием резистивной мостовой сети.

Разрешение

Разрешение АЦП — это количество битов, используемых для представления аналогового входного сигнала. Для более точного воспроизведения аналогового сигнала необходимо увеличить разрешение. Использование АЦП с более высоким разрешением также уменьшает ошибку квантования. Для ЦАП разрешение аналогично, но в обратном порядке — увеличение кода, применяемого к ЦАП с более высоким разрешением, дает меньшие размеры шага на аналоговом выходе.

Среднеквадратичное значение (RMS)

Среднеквадратичное значение сигнала переменного тока является действующим значением постоянного тока или эквивалентом постоянного тока этого сигнала. Среднеквадратичное значение сигнала переменного тока вычисляется путем извлечения квадратного корня из сигнала переменного тока, возведенного в квадрат и усредненного по времени. Для синусоиды среднеквадратичное значение составляет 2/2 (или 0,707) от пикового значения, что составляет 0,354 от пикового значения.

Частота дискретизации/частота

Частота дискретизации или частота дискретизации, указанная в выборках в секунду (sps), представляет собой скорость, с которой АЦП получает (выбирает) аналоговый вход. Для АЦП, выполняющих одну выборку за одно преобразование (например, АЦП последовательного приближения, флэш-памяти и конвейерных АЦП), частота дискретизации также называется пропускной способностью. Для сигма-дельта АЦП частота дискретизации обычно намного выше, чем скорость выходных данных.

Время установления

Для ЦАП время установления — это интервал между командой на обновление (изменение) его выходного значения и моментом, когда оно достигает своего окончательного значения в пределах заданного процента. На время установления влияет скорость нарастания выходного усилителя и количество звона усилителя и выброса сигнала. Для АЦП важно, чтобы время, необходимое для установления напряжения на конденсаторе выборки с точностью до 1 LSB, было меньше, чем время сбора данных преобразователя.

Отношение сигнал-шум и искажение (SINAD)

SINAD представляет собой отношение среднеквадратичного значения синусоиды (входной сигнал для АЦП или реконструированный выходной сигнал для ЦАП) к среднеквадратичному значению шума преобразователя плюс искажения (без синусоидального сигнала). Среднеквадратичное значение шума плюс искажение включает все спектральные компоненты вплоть до частоты Найквиста, за исключением основной частоты и постоянного смещения. SINAD обычно выражается в дБ.

Отношение сигнал/шум (SNR)

SNR — это отношение амплитуды полезного сигнала к амплитуде шумовых сигналов в данный момент времени. Для формы волны, полностью восстановленной из цифровых образцов, теоретический максимальный SNR представляет собой отношение полномасштабного аналогового входного сигнала (среднеквадратичное значение) к среднеквадратичной ошибке квантования (остаточной ошибке). Идеальный теоретический минимум шума АЦП вызван только ошибкой квантования. и получается непосредственно из разрешения АЦП (N бит):

(Настоящие АЦП производят тепловой шум, эталонный шум, дрожание тактового сигнала и т. д. в дополнение к шуму квантования.)

Двоичное кодирование со знаком

Знаковый двоичный код — это схема кодирования, в которой старший бит представляет знак (положительный или отрицательный) двоичного числа. Таким образом, 8-битное представление -2 равно 10000010, а представление +2 равно 00000010.


Скорость нарастания

Скорость нарастания — это максимальная скорость, с которой может изменяться выходной сигнал ЦАП, или максимальная скорость, с которой может изменяться входной сигнал АЦП, не вызывая ошибки в оцифрованном выходе. Для ЦАП с выходным усилителем указанная скорость нарастания обычно равна скорости нарастания усилителя.

Полоса пропускания слабого сигнала (SSBW)

Для измерения SSBW подайте на АЦП аналоговый входной сигнал достаточно малой амплитуды, чтобы его скорость нарастания не ограничивала производительность АЦП. Затем поднимите входную частоту до точки, где амплитуда оцифрованного результата преобразования уменьшится на -3 дБ. SSBW часто ограничивается производительностью соответствующего усилителя с функцией отслеживания и удержания.

Динамический диапазон без паразитных составляющих (SFDR)

SFDR представляет собой отношение среднеквадратичной амплитуды основного сигнала (максимального компонента сигнала) к среднеквадратичному значению следующего по величине паразитного компонента без учета смещения по постоянному току. SFDR указывается в децибелах относительно несущей (дБн).

Общее гармоническое искажение (THD)

THD измеряет содержание искажения сигнала и указывается в децибелах относительно несущей (дБн). Для АЦП THD представляет собой отношение среднеквадратичной суммы выбранных гармоник входного сигнала к самой основной гармонике. В измерения включаются только гармоники в пределах предела Найквиста.

Отслеживание и удержание

Отслеживание и удержание, часто называемое «выборка и удержание», относится к схеме входной выборки АЦП. Наиболее простым представлением входа с функцией отслеживания и удержания является аналоговый переключатель и конденсатор. (См. рисунок.) Цепь находится в режиме «отслеживания», когда переключатель замкнут. Когда переключатель размыкается, последнее мгновенное значение входа удерживается на дискретном конденсаторе, и схема находится в режиме «удержания».

Рис. 9. Базовое отслеживание и удержание.

Шум перехода

Шум перехода — это диапазон входных напряжений, при котором выходной сигнал АЦП переключается между соседними выходными кодами. Когда вы увеличиваете аналоговое входное напряжение, напряжения, которые определяют, где происходит каждый кодовый переход (фронты кода), становятся неопределенными из-за связанного с этим переходного шума.

Кодирование с дополнением до двух

Дополнение до двух — это схема цифрового кодирования положительных и отрицательных чисел, упрощающая вычисления на сложение и вычитание. В этой схеме 8-битное представление -2 — 11111110, а представление +2 — 00000010.

Недостаточная дискретизация

Недостаточная дискретизация — это метод, при котором частота дискретизации АЦП ниже, чем частота аналогового входа — условие, вызывающее наложение спектров. Учитывая критерий Найквиста, естественно ожидать, что недостаточная дискретизация приведет к потере информации о сигнале. Однако при надлежащей фильтрации входного сигнала и правильном выборе аналогового входа и частоты дискретизации компоненты с псевдонимами, содержащие информацию о сигнале, могут быть сдвинуты с более высокой частоты на более низкую частоту, а затем преобразованы. Этот метод эффективно использует АЦП в качестве преобразователя с понижением частоты, сдвигая сигналы с большей полосой пропускания в желаемую полосу частот АЦП. Чтобы этот метод был успешным, полоса пропускания АЦП с отслеживанием и удержанием должна быть способна обрабатывать ожидаемые сигналы с самой высокой частотой.

Однополярный

Для АЦП с несимметричным аналоговым входом униполярный вход находится в диапазоне от нулевой шкалы (обычно земля) до полной шкалы (обычно опорное напряжение). Для АЦП с дифференциальными входами униполярный вход находится в диапазоне от нулевой шкалы до полной шкалы, при этом вход измеряется как положительный вход по отношению к отрицательному входу.

Ошибка нулевой шкалы

См. ошибку смещения (однополярная).

Поставщики беспроводных радиочастот и ресурсы

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов RF и Wireless. На сайте представлены статьи, учебные пособия, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тесты и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, оптоволокно, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. д. Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP. Он также имеет академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и дисциплинам MBA.

Статьи о системах на основе IoT

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе IoT : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падения IoT. Подробнее➤
См. также другие статьи о системах на основе IoT:
• Система очистки туалетов AirCraft. • Система измерения удара при столкновении • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной розничной торговли • Система мониторинга качества воды • Система интеллектуальной сети • Умная система освещения на основе Zigbee • Умная система парковки на базе Zigbee • Умная система парковки на базе LoRaWAN.


Изделия для беспроводных радиочастот

Этот раздел статей охватывает статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE/3GPP и т. д. , стандарты. Он также охватывает статьи, связанные с испытаниями и измерениями, посвященные испытаниям на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF/PHY. СМ. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЕЙ >>.


Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH была рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Подробнее➤


Основные сведения о повторителях и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов повторителей, используемых в беспроводных технологиях. Подробнее➤


Основы и типы замираний : В этой статье рассматриваются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные замирания, быстрые замирания и т. д., используемые в беспроводной связи. Подробнее➤


Архитектура сотового телефона 5G : в этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Подробнее➤


Основы интерференции и типы интерференции: В этой статье рассматриваются интерференция по соседнему каналу, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. д. Подробнее➤


5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (новое радио), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. д. Краткий справочник 5G NR Указатель >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • БАЗОВЫЙ НАБОР 5G NR • Форматы 5G NR DCI • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Опорные сигналы 5G NR • 5G NR m-Sequence • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • MAC-уровень 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень PDCP 5G NR


Руководства по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводным сетям. Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, беспроводная сеть, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. д. См. ИНДЕКС УЧЕБНЫХ ПОСОБИЙ >>


Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы, посвященные технологии 5G:
Учебник по основам 5G Диапазоны частот учебник по миллиметровым волнам Рамка волны 5G мм Зондирование канала миллиметровых волн 5G 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Архитектура сети 5G Сетевые интерфейсы 5G NR звучание канала Типы каналов 5G FDD против TDD Нарезка сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G ТФ


В этом руководстве GSM рассматриваются основы GSM, сетевая архитектура, сетевые элементы, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура кадров GSM или иерархия кадров, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM или настройка вызова или процедура включения питания, Вызов MO, вызов MT, модуляция VAMOS, AMR, MSK, GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы мобильного телефона, Планирование RF, нисходящая линия связи PS и восходящая линия связи PS.
➤Читать дальше.

LTE Tutorial , описывающий архитектуру системы LTE, включая основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он предоставляет ссылку на обзор системы LTE, радиоинтерфейс LTE, терминологию LTE, категории LTE UE, структуру кадра LTE, физический уровень LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, Voice Over LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE advanced.➤Подробнее.


RF Technology Материал

На этой странице мира беспроводных радиочастот описывается пошаговое проектирование преобразователя частоты на примере повышающего преобразователя частоты 70 МГц в диапазон C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, амортизирующие прокладки. ➤Читать дальше.
➤ Проектирование и разработка радиочастотного приемопередатчика ➤Дизайн радиочастотного фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковых ➤Основы волновода


Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются ресурсы по контролю и измерению, контрольно-измерительное оборудование для тестирования тестируемых устройств на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE. ИНДЕКС испытаний и измерений >>
➤Система PXI для контрольно-измерительных приборов. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤ Измерения физического уровня ➤ Тестирование устройства WiMAX на соответствие ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤ Тест на соответствие TD-SCDMA


Волоконно-оптические технологии

Волоконно-оптический компонент основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д. Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. ИНДЕКС оптических компонентов >>
➤Руководство по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤Основы SONET ➤ Структура кадра SDH ➤ SONET против SDH


Поставщики беспроводных радиочастотных устройств, производители

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики ВЧ-компонентов, включая ВЧ-изолятор, ВЧ-циркулятор, ВЧ-смеситель, ВЧ-усилитель, ВЧ-адаптер, ВЧ-разъем, ВЧ-модулятор, ВЧ-трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, осциллятор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексер, дуплексер, чип-резистор, чип-конденсатор, чип-индуктор, ответвитель, ЭМС, программное обеспечение RF Design, диэлектрический материал, диод и т. д. Поставщики радиочастотных компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤ РЧ-циркулятор ➤РЧ-изолятор ➤Кристаллический осциллятор


MATLAB, Labview, Embedded Исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. СМОТРИТЕ ИНДЕКС ИСТОЧНИКОВ КОДА >>
➤ 3–8 код VHDL декодера ➤Скремблер-дескремблер Код MATLAB ➤32-битный код ALU Verilog ➤ T, D, JK, SR триггеры лабораторные коды


*Общая медицинская информация*

Сделайте эти пять простых вещей, чтобы помочь остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: Мойте их чаще
2. ЛОКОТЬ: кашляйте в него
3. ЛИЦО: не прикасайтесь к нему
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 1 метра друг от друга
5. ЧУВСТВУЙТЕ: заболели? Оставайтесь дома

Используйте технологию отслеживания контактов >> , следуйте рекомендациям по социальному дистанцированию >> и установить систему наблюдения за данными >> спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таких стран, как США и Китай, чтобы остановить распространение COVID-19так как это заразное заболевание.


Радиочастотные калькуляторы и преобразователи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц измерения. Они охватывают беспроводные технологии, такие как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. д. СМ. КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤ 5G NR ARFCN и преобразование частоты ➤ Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤ LTE EARFCN для преобразования частоты ➤ Калькулятор антенны Yagi ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR


IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

В разделе, посвященном IoT, рассматриваются беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT+, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.

Динамический диапазон ацп: АЦП с передискретизацией и PGA обеспечивают 127-дБ динамический диапазон

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Пролистать наверх