1. Vzorkování, A/D převodníky, číslicový osciloskop.

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "1. Vzorkování, A/D převodníky, číslicový osciloskop."

Jozef Toman
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 . Vzorkování, A/D převodníky, číslicový osciloskop. přednášky A3B38SME Senzory a měření zdroje převzaých obrázků: pokud není uvedeno jinak, zdrojem je monografie Haasz, Sedláček: Elekrická měření a skripa Ripka, Ďaďo, Kreidl, Novák: Senzory P. Ripka A3B38SME přednáška

2 Měření a přísrojová echnika úvod Reálný svě Senzor, R, L, C, f, Analogové předzpracování, I, f, (vhodný rozsah) Analogově-číslicový převod Přenos da Číslicové zpracování Přenos da Řízení Obor Senzory a přísrojová echnika A3B38MMP Mikroprocesory a mikrořadiče v přísrojové echnice A3B38PR Přísrojová echnika Volielné předměy A0B38APH Aplikace programovaelných hradlových polí A0B38LP Leecká přísrojová echnika A0B38OCP Obvody číslicových přísrojů A0B38PSM Programování sysémů pro měření a sběr da A0B38SES Senzorové síě Zobrazení A3B38SME přednáška 2

3 Měřicí řeězec senzor (snímač) měřicí obvod a zesilovač obvody zpracování signálu A/C MP R R P Blokové schéma měřicího řeězce se senzorem A/Č analogově číslicový převodník včeně případných vzorkovačů a muliplexerů, MP mikropočíač (resp. signálový procesor, FPGA apod.), R rozhraní, P nadřazený výpočení sysém A3B38SME přednáška 3

4 Kvanování Viz Haasz, Sedláček: Elekrická měření, sr A3B38SME přednáška 4

5 Vzorkovač Viz Haasz, Sedláček: Elekrická měření, sr A3B38SME přednáška 5

6 opakování A3B38SME přednáška 6

7 opakování I * konvoluce: obrazem součinu je konvoluce A3B38SME přednáška 7

8 Opakování: opakem vzorkování je rekonsrukce (užívá se v např. generáorech) * sin()/ je Fourierův vzor obdélníku obrazem konvoluce je součin A3B38SME přednáška 8

9 Aliasing Náprava: použiím anialiasing filru odsrani vyšší frekvence ve vzorkovaném signálu A3B38SME přednáška J. Vedral 9

10 A D převodník s dvojiou inegrací Viz Haasz, Sedláček: Elekrická měření, sr. 90 používá se ve volmerech (viz následující přednáška) A3B38SME přednáška 0

11 A D převodník s dvojiou inegrací Viz Haasz, Sedláček: Elekrická měření, sr. 90 Výhody: polačení 50 Hz, pokud = n 20 ms nezávislos na RC r r clk clk r x r r i x x x i N N N N RC RC u RC RC d RC u ,, 0 = = = = = + < < = = = < < A3B38SME přednáška V. Haasz e al.

12 -f převodník s vyrovnáním náboje + číač R R 2 C + I 2i r + NK f 2 r P g 0 P P Měření napěí: PG u 2i R C d R C 2 P P d = 0 f 2 H Číač Dekodér + zobraz. = R P R 2 P = f 2 = R R 2 P P N Použií: někeré číslicové wamery a elekroměry Viz Haasz, Sedláček: Elekrická měření, sr A3B38SME přednáška 2

13 Sigma-dela převodník.řádu S R R C + I u i + f S NK C Q D D S ČF f S /N f S a) = 0 u i jednobiový ČAP + r () (0) - r Princip vyrovnání náboje - celkový náboj přivedený ze vsupu se rovná náboji přivedeného z -biového ČAP Sav pro = 0 a pro = - r /2 a) = 0 b) = - r /2 0 2 S S r = r = S + S S S S 3S 2S r r = r = 3 S 4S 2 Viz Haasz, Sedláček: Elekrická měření, sr D S u i D S b) = - r /2 A3B38SME přednáška

14 Sigma-dela převodník.řádu c) > 0 f S S LSB u i D S, 2,,2 2,2,3 2,3,8 2,8 Číslicový filr vyhodnocuje čenos log 0 a log ( sřední hodnou ) za N hodinových pulsů Převodníky pracují synchronně (řízeny hod. kmiočem f s ) - mohou polačova síťové rušení. ypický poče biů: 2-24 (dle převzorkování, j. dle hodnoy N) ypická doba převodu: sovky ns až desíky ms (dle převzorkování, j. dle hodnoy N) Použií: akusické aplikace, AČ moduly řídicích počíačů, digializace signálu ze senzorů A3B38SME přednáška

15 ADC s posupnou aproximací Viz Haasz, Sedláček: Elekrická měření, sr. 89 Webser: Insrumenaion and sensors handbook, CRC press Po dobu převodu se vsupní napěí nesmí vsupní napěí měni o více než je rozlišení převodníku, j. napěí, odpovídající ½ LSB. (Vzorkovač nuný, časo inegrální součásí převodníku) Poče biů n: 8-6 (rozlišení r / 2 n ) Vzorkovací frekvence: ypicky sovky khz V CMOS echnologii se používá echnika spínaných kondenzáorů (snadnější realizace na čipu). Použi v Lego NX brick (zabudován do V/V mikroprocesoru Amel AVR, 0 biů) A3B38SME přednáška 5

16 Flash převodník (paralelní komparace) Viz Haasz, Sedláček: Elekrická měření, sr. 92 Agilen echnologies Poče biů n: ypicky 8 Vzorkovací frekvence: sovky MHz, pro jednoky GHz GaAs Problémy: složios, spořeba (až 3 W), vsupní kapacia Zvýšení rychlosi: přepínání mezi více převodníky 80 GSa/s (Agilen echnologies) Použií: číslicové osciloskopy, sofwarové radio a elevize, radar Sério-paralelní komparace (Pipelining): snížení poču komparáorů za cenu zpoždění převodu: 2 biů / GHz (zpoždění 2 µs) A3B38SME přednáška 6

17 Y Osciloskopy Analogový osciloskop - viz výklad na. cvičení u DC AC u 2 PZ VZ GND u u 2 Spoušěcí úr. EX. IN. EX. RIG. AO u 5 u 3 u 4 X GSP u 3 ČZ u 4 Spousěná časová základna nasavení spoušěcího bodu: - úroveň - hrana (vzesupná, sesupná) - zdroj spoušění: vniřní, vnější, siť; - vazba spoušěcího signálu (ss, sř,) ČZ X HZ x 0 u 5 Režim HOLD OFF Viz Haasz, Sedláček: Elekrická měření, sr A3B38SME přednáška 7

18 Číslicový osciloskop Ergonomicky vychází z osvědčeného analogového osciloskopu (viz výklad na. cvičení), umožňuje řadu dalších funkcí A3B38SME přednáška 8

19 Číslicový osciloskop Způsob ukládání vzorků do paměi: Paměi v jednolivých kanálech ypu FIFO (firs in firs ou) po zapnuí rvale plněny vzorky signálu. Po generování spoušěcího pulsu zasavení plnění paměi a) okamžiě (záporné zpoždění pre-rigger) b) po zpoždění, keré odpovídá době naplnění paměi FIFO ( normální ) c) po zpoždění delším než odpovídá době naplnění paměi FIFO (zpožděný - delay) Viz Haasz, Sedláček: Elekrická měření, sr A3B38SME přednáška 9

20 Číslicový osciloskop Viz Haasz, Sedláček: Elekrická měření, sr Režim pre-rigger (záporné zpoždění) a režim delay (zpoždění) SB spoušěcí (u číslicových osciloskopů přesněji zasavovací ) bod FIFO paměť: šířka n biů (obvykle 8), délka k vzorků a) pre-rigger (záporné zpoždění): zobrazeno l vzorků před SB a k-lvzorků po SB (zápis do paměi se zasaví po zapsání k-lvzorků po generování spoušěcího pulsu) SB k k-l spoušěcí úroveň b) normální režim: zobrazeny vzorky následující po SB odpovídá zobrazení analogového osciloskopu (zápis do paměi se zasaví po zapsání k vzorků po generování spoušěcího pulsu) SB k spoušěcí úroveň c) delay (zpoždění): zobrazeny vzorky následující d vzorků po SB (zápis do paměi se zasaví po zapsání k+dvzorků po generování spoušěcího pulsu) SB d k+d k spoušěcí úroveň A3B38SME přednáška 20

21 Spoušění prerigger prerigger A3B38SME přednáška 2

22 Druhy vzorkování signálu u číslicového osciloskopu. V REÁLNÉM ČASE 4 až 0 vzorků na periodu nejvyšší frekvenční složky umožňuje pre-rigger mode umožňuje záznam přechodných dějů Viz Haasz, Sedláček: Elekrická měření, sr SEKVENČNÍ V EKVIVALENNÍM ČASE (SROBOSKOPICKÉ) jen pro periodické průběhy v každé periodě jen jeden vzorek posunuý o ekvivalenní vzorkovací frekvence f VZ.EKV. =/( ) NÁHODNÉ V EKVIVALENNÍM ČASE jen pro periodické průběhy po spušění se vzorkuje s maximální vzorkovací frekvencí (několik vzorků na periodu signálu) každá sada vzorků zpožděna o náhodnou, ale známou dobu rychlejší rekonsrukce než dle bodu 2) A3B38SME přednáška 22

23 Osciloskopické sondy Viz Haasz, Sedláček: Elekrická měření, sr A3B38SME přednáška 23

24 Číslicový osciloskop s logickými vsupy (mixed-signal oscilloscope) snadňuje analýzu číslicově-analogových sysémů. Analogová čás může bý spoušěna z logických vsupů (i komplikovanými událosni). Použi v úloze A3B38SME přednáška 24

25 Číslicový osciloskop: ukládání na SB paměť A3B38SME přednáška 25

26 Číslicový osciloskop funkce FF Nedosahuje paramerů specializovaného spekrálního analyzáoru, ale A3B38SME přednáška sačí pro mnohé aplikace

Podobné dokumenty

12. MAGNETICKÁ MĚŘENÍ, OSCILOSKOPY

12. MAGNETICKÁ MĚŘENÍ, OSCILOSKOPY 2. MAGNETICKÁ MĚŘENÍ, OSCILOSKOPY měření magneické indukce a inenziy magneického pole (sejnosměrné pole - Hallova a feromagneická sonda, anizoropní magneorezisor; sřídavé pole - měřicí cívka) analogový