рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Методы аналого-цифрового преобразования

Методы аналого-цифрового преобразования - раздел Приборостроение, ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ При Построении Цифрового Измерительного Оборудования При­Меняются Различные М...

При построении цифрового измерительного оборудования при­меняются различные методы и средства преобразования аналого­вой информации в цифровую, отличающиеся метрологией, поме­хозащищенностью, динамикой. Рассмотрим и сравним возможно­сти и основные характеристики некоторых из них, наиболее рас­пространенных.

В цифровой измерительной технике достаточно широко приме­няется преобразователь (считающийся классическим типом АЦП) последовательного приближения (поразрядного уравновешивания) - Successive Approximation ADC - с устройством выборки и хране­ния (УВХ) на входе. Устройство выборки и хранения обеспечивает выполнение дискретизации входного сигнала, т. е. переход к дискрет­ному времени.

Один цикл преобразования входного измеряемого напряжения Ux в этом методе состоит из нескольких тактов. Уравновешивание выполняется с помощью автоматически изменяющегося компен­сирующего напряжения. Процесс преобразования заключается в поочередном сравнении изменяющегося по определенному алгоритму компенсирующего напряжения Uк с измеряемым Ux. В соот­ветствии с алгоритмом, напряжение Uк целенаправленно стремится стать равным Ux, т. е. уравновесить его. В течение нескольких тактов напряжение Uк становится практически равным значению Ux. Та­кое преобразование напоминает процедуру взвешивания, когда используя несколько разных гирь и подбирая (устанавливая или снимая) гири, начиная со старшей, т.е. уравновешивая, можно достичь удовлетворительного равновесия. Этот метод преобразова­ния обеспечивает средние метрологические характеристики и доста­точно высокое быстродействие. Поэтому в основном именно он и применяется в цифровых средствах динамических измерений (циф­ровых измерительных регистраторах, цифровых осциллографах и анализаторах).

Типичные параметры таких АЦП: n = (10... 16) бит; Fд = (0,02... 100) МГц.

Среди других методов, используемых в средствах динамических измерений - метод параллельного преобразования (Flash ADC), ко­торый обеспечивает наиболее высокое быстродействие (правда, с малой разрядностью и невысокой точностью).

Входной сигнал при помощи множества однотипных компара­торов сравнивается одновременно с рядом опорных напряжений, формируемых точным делителем напряжения. Затем с помощью дешифратора выявляется граница между двумя группами компа­раторов с одинаковыми состояниями («0» и «1») и результат сравне­ния преобразуется в привычный двоичный код. При числе компара­торов т = 256 образуется выходное слово с разрядностью n = 8 бит. При числе компараторов т = 1024 образуется выходное слово с разрядностью п = 10 бит.

Типичные характеристики параллельных АЦП: п = (6... 10) бит, скорость преобразования 20... 1000 МГц.

В автономных цифровых вольтметрах и мультиметрах, предназ­наченных для статических измерений, а также в некоторых регис­траторах/анализаторах, логгерах, особенно в тех, которые пред­назначены для работы с медленноменяющимися процессами, применяются АЦП интегрирующего типа (Integrating ADC). Интегрирующие методы преобразования обеспечивают самые высокие точность, чувствительность, разрешающую способность, а также высокое подавление периодических помех сетевой частоты (что осо­бенно важно в экспериментах, выполняемых в промышленные условиях и при работе с сигналами малого уровня). Правда, эти АЦП сравнительно медленно действующие (длительность цикла преобразования, как правило, десятки миллисекунд - единицы секунд), но для автономных приборов и не требуется высокого быстродействия (так как оператор не в состоянии был бы воспринимать разные цифровые отсчеты, меняющиеся быстрее, чем 1 раз в секунду).

В настоящее время применяют две разновидности интегрирующего аналого-цифрового преобразования: времяимпульсный и частотно-импульсный методы.

При использовании времяимпульсного метода входное напряжение преобразуется в пропорциональный по длительности интервал времени, который затем заполняется импульсами стабильной известной частоты F0. Сформированная таким образом серия им­пульсов подсчитывается счетчиком, содержимое которого по окон­чании счета и определяет значение измеряемого напряжения. Цикл преобразования состоит из двух основных тактов. Основной узел такого АЦП - интегратор, который в течение первого такта Т1 (длительность которого всегда постоянна) интегрирует входной сигнал, а если к сигналу примешана периодическая помеха, то интегрирует сумму сигнала и помехи. На этом такте емкость интег­ратора линейно заряжается. При равенстве (или кратности) ин­тервала первого такта периоду помехи результат интегрирования не будет зависеть от помехи. Во втором такте Т2 на вход интеграто­ра поступает опорное (стабильное, образцовое) напряжение, по­лярность которого противоположна полярности измеряемого на­пряжения. При этом емкость интегратора линейно разряжается. Ком­паратор фиксирует момент полного разряда емкости. Таким обра­зом, длительность второго такта пропорциональна значению вход­ного постоянного напряжения. Затем значение длительности вто­рого такта с помощью генератора тактовой частоты и счетчика импульсов преобразуется в пропорциональный цифровой код. Дли­тельность интервала первого такта Т1 задается разработчиком рав­ным или кратным периоду периодической помехи (номинальное значение частоты сети и, следовательно, частоты по­мехи 50 Гц, а ее период 20 мс).

Степень ослабления влияния помехи характеризуется коэффи­циентом подавления Kп, который выражается в децибелах и опре­деляется по формуле

Kп = 20 lg (Uпм / DUп),

где Uпм - амплитудное значение периодической помехи на входе АЦП; DUп - изменение результата преобразования, вызванное действием помехи.

Например, если в паспорте на прибор записано: «коэффици­ент подавления Kп помехи нормального вида частоты сети 50 Гц ± 1 % не хуже 40 дБ», то это означает, что помеха такой частоты ослабляется не менее, чем в 100 раз. Значение коэффи­циента Kп = 60 дБ означает уменьшение влияния помехи на ре­зультат измерения в 1000 раз. Чем больше значение коэффициен­та Kп, тем выше подавление периодической помехи, и тем, сле­довательно, лучше.

Частотно-импульсный метод основан на предварительном пре­образовании входного сигнала в пропорциональную частоту следования импульсов. Эти импульсы в течение стабильного интерва­ла времени Т0 поступают на счетчик, который и подсчитывает число импульсов в серии. Таким образом, содержимое счетчика отражает значение входного напряжения.

Рис. 6.2. Связь точности (разрядности АЦП) и быстродействия

Типичные параметры интегрирующих АЦП: п = (12...20) бит; длительность одного цикла преобразования Тц = (0,1... 10) с; Kп = (40...60) дБ.

Существует объективная обратно пропорциональная зависимость между разрядностью (точностью/чувствительностью) преобразо­вания и быстродействием (скоростью) АЦП. Эта зависимость вполне логична и по смыслу подобна «золотому» правилу механики: «Вы­играешь в силе - проиграешь в расстоянии». Для измерительной техники это правило можно сформулировать так: «Выиграешь в точности - проиграешь в быстродействии» или, наоборот: «Вы­играешь в скорости - проиграешь в точности».

Рис. 6.2 упрощенно иллюстрирует эту связь для современного уровня развития техники аналого-цифрового преобразования.

Масштаб по оси абсцисс (частота дискретизации Fд) логариф­мический. При линейном масштабе по оси абсцисс эта зависи­мость носила бы гиперболический характер.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Соотношения между разрядностью АЦП длиной шкалы и разрешающей Способностью В табл... ЦИФРОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ И МУЛЬТИМЕТРЫ... Рассмотрим устройство и некоторые особенности представи телей довольно распространенного семейства ЦИП цифровых...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Методы аналого-цифрового преобразования

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

ЦИФРОВЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
В практике электрических измерений все шире используются цифровые методы и средства преобразования, хранения, обработ­ки, передачи и представления информации. Цифровые инструменты активно вытесняют

Характеристики аналого-цифровых преобразователей
Наиболее важным и ответственным узлом любого цифрового средства измерений является аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - Analog-to-Digital Converter (ADC), поскольку именно он определяет основны

Способностью
n, бит L, число точек R 0,016 (1,6%)

ЦИФРОВЫЕ ЧАСТОТОМЕРЫ
Начинать изучение цифровых измерительных приборов удобно и логично с рассмотрения устройства и принципа действия само­го простого и понятного по структуре и набору основных проце­дур преобразования

Режим измерения частоты
Упрощенная структура ЦЧ, реализующая режим измерения частоты, показана на рис. 6.3, а, а временные диаграммы работы в этом режиме приведены на рис. 6.3, б. Исследуемый период

Режим измерения периода
Упрощенная структура ЦЧ в режиме измерения периода приве­дена на рис. 6.7, а, а временные диаграммы – на рис. 6.7, б. В этом режиме входной периодический сигнал 1 (соотв

Выбор режима работы
При работе в широких диапазонах значений частот (или перио­да сигнала) естественно возникает вопрос, какой режим (из двух рассмотренных) целесообразно выбрать для минимизации отно­сительной погрешн

Структура цифрового вольтметра
Упрощенная структура ЦВпоказана на рис. 6.11. На вход прибора подается измеряемое напряжение U (постоянное или переменное, в частности, периодическое). Входные ц

Структура цифрового мультиметра
Цифровые мультиметры (ЦМ) - Digital MultiMeter (DMM) - это многофункциональные измерительные приборы, специально предназначенные в основном для статических измерений несколь­ких электрических (напр

Выбор приборов по метрологическим характеристикам
Если есть возможность выбрать один прибор из нескольких од­нотипных, подходящих по диапазонам измерений и основным эксплуатационным характеристикам, то, прежде всего, следует руководствоваться метр

Выбор диапазона измерения
От правильного выбора диапазона измерения в значительной мере зависят достоверность результатов измерения (регистрации) и эффективность работы в эксперименте. Выбор нужного диапазо­на может выполня

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги