A/D převodníky - parametry

Podobné dokumenty
Snímání biologických signálů. A6M31LET Lékařská technika Zdeněk Horčík Katedra teorie obvodů

Quantization of acoustic low level signals. David Bursík, Miroslav Lukeš

CW01 - Teorie měření a regulace

Signál v čase a jeho spektrum

1. Základy teorie přenosu informací

Úvod do zpracování signálů

VY_32_INOVACE_E 15 03

Analýza a zpracování ultrazvukových signálů

Základní principy přeměny analogového signálu na digitální

DSY-4. Analogové a číslicové modulace. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

P7: Základy zpracování signálu

A7B31ZZS 4. PŘEDNÁŠKA 13. října 2014

Osnova. Idea ASK/FSK/PSK ASK Amplitudové... Strana 1 z 16. Celá obrazovka. Konec Základy radiotechniky

Počítačové sítě. Lekce 5: Základy datových komunikací

31SCS Speciální číslicové systémy Antialiasing

- DAC - Úvod A/D převodník převádějí analogové (spojité) veličiny na digitální (nespojitou) informaci. Základní zapojení převodníku ukazuje obr.

Měření neelektrických veličin. Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování

Základy a aplikace digitálních. Katedra radioelektroniky (13137), blok B2, místnost 722

Hlavní parametry rádiových přijímačů

1. Přednáška: Obecné Inf. + Signály a jejich reprezentace

KTE/TEVS - Rychlá Fourierova transformace. Pavel Karban. Katedra teoretické elektrotechniky Fakulta elektrotechnická Západočeská univerzita v Plzni

Lineární a adaptivní zpracování dat. 1. ÚVOD: SIGNÁLY a SYSTÉMY

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE DIPLOMOVÁ PRÁCE

Binární data. Číslicový systém. Binární data. Klávesnice Snímače polohy, dotykové displeje, myš Digitalizovaná data odvozená z analogového signálu

SIGNÁLY A LINEÁRNÍ SYSTÉMY

25. DIGITÁLNÍ TELEVIZNÍ SIGNÁL A KABELOVÁ TELEVIZE

Lineární a adaptivní zpracování dat. 1. ÚVOD: SIGNÁLY, ČASOVÉ ŘADY a SYSTÉMY

SIGNÁLY A LINEÁRNÍ SYSTÉMY

Realizace Sigma-Delta převodníku pomocí FPGA

Lineární a adaptivní zpracování dat. 1. ÚVOD: SIGNÁLY, ČASOVÉ ŘADY a SYSTÉMY

Direct Digital Synthesis (DDS)

2. GENERÁTORY MĚŘICÍCH SIGNÁLŮ II

Analogově číslicové převodníky

SIGNÁLY A SOUSTAVY, SIGNÁLY A SYSTÉMY

doc. Dr. Ing. Elias TOMEH Elias Tomeh / Snímek 1

Měření na výkonovém zesilovači 1kW/144MHz by OK1GTH

VOLBA ČASOVÝCH OKEN A PŘEKRYTÍ PRO VÝPOČET SPEKTER ŠIROKOPÁSMOVÝCH SIGNÁLŮ

CW01 - Teorie měření a regulace

ednáška a metody digitalizace telefonního signálu Ing. Bc. Ivan Pravda

Kompresní metody první generace

9. PRINCIPY VÍCENÁSOBNÉHO VYUŽITÍ PŘENOSOVÝCH CEST

A/D převodníky, D/A převodníky, modulace

Spektrální analyzátory

Formáty audio dat a jejich srovnání (a základní informace o A/D a D/A převodnících) Ing. Pavel MACURA

Při návrhu FIR filtru řešíme obvykle následující problémy:

polyfázové filtry (multirate filters) cascaded integrator comb filter (CIC) A0M38SPP - Signálové procesory v praxi - přednáška 8 2

Číslicové obvody základní pojmy

31ZZS 9. PŘEDNÁŠKA 24. listopadu 2014

DIPLOMOVÁ PRÁCE Lock-in zesilovač 500 khz 10 MHz

Úvod do medicínské informatiky pro Bc. studium. 6. přednáška

Návrh frekvenčního filtru

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela analýza šumu v elektronických obvodech

APLIKACE ALGORITMŮ ČÍSLICOVÉHO ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLŮ 1. DÍL

íta ové sít baseband narrowband broadband

Šum AD24USB a možnosti střídavé modulace

P9 Provozní tvary kmitů

I. Současná analogová technika

filtry FIR zpracování signálů FIR & IIR Tomáš Novák

Technická diagnostika Vibrodiagnostika Ing. Jan BLATA, Ph.D. Kat. 340, VŠB-TU Ostrava Ostrava 2014

Modelování systémů a procesů (11MSP) Bohumil Kovář, Jan Přikryl, Miroslav Vlček. 8. přednáška 11MSP pondělí 20. dubna 2015

14 - Moderní frekvenční metody

VY_32_INOVACE_ENI_2.MA_05_Modulace a Modulátory

Dodatek k uživatelském manuálu Adash 4202 Revize MK

Biofyzikální ústav LF MU Brno. jarní semestr 2011

Kapitola 1. Signály a systémy. 1.1 Klasifikace signálů

3 METODY PRO POTLAČENÍ ŠUMU U ŘE- ČOVÉHO SIGNÁLU

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela obvodové funkce

Vlastnosti a modelování aditivního

MĚŘENÍ ÚHLOVÝCH KMITŮ ZA ROTACE

Číslicové zpracování signálů a Fourierova analýza.

Měření parametrů TRXů. Lze je měřit v amatérských podmínkách?

ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLŮ Z MECHANICKÝCH. Jiří Tůma

Digitalizace převod AS DS (analogový diskrétní signál )

Externí 12V / 200 ma (adaptér v příslušenství)

Technická kybernetika. Obsah. Principy zobrazení, sběru a uchování dat. Měřicí řetězec. Principy zobrazení, sběru a uchování dat

Dvoustupňový Operační Zesilovač

Multimediální systémy

8. Sběr a zpracování technologických proměnných

Rezonanční obvod jako zdroj volné energie

transmitter Tx - vysílač receiver Rx přijímač (superheterodyn) duplexer umožní použití jedné antény pro Tx i Rx

Flexibilita jednoduché naprogramování a přeprogramování řídícího systému

Spektrální analyzátory a analyzátory signálu

Programové vybavení pro testování AD převodníků

Modulační parametry. Obr.1

Oscilátory. Oscilátory s pevným kmitočtem Oscilátory s proměnným kmitočtem (laditelné)

Moderní multimediální elektronika (U3V)

Základní metody číslicového zpracování signálu a obrazu část II.

12 - Frekvenční metody

Kmitočtová analýza (AC Analysis) = analýza kmitočtových závislostí obvodových veličin v harmonickém ustáleném stavu (HUS) při první iteraci ano

4.2. Modulátory a směšovače

Příloha č. 1. amplitudová charakteristika filtru fázová charakteristika filtru / frekvence / Hz. 1. Určení proudové hustoty

Můžeme věřit digitálním přístrojům?

4. MĚŘENÍ NA SMĚŠOVAČI A MEZIFREKVENČNÍM FILTRU

1. Náhodný vektor (X, Y ) má diskrétní rozdělení s pravděpodobnostní funkcí p, kde. p(x, y) = a(x + y + 1), x, y {0, 1, 2}.

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

Měření na nízkofrekvenčním zesilovači. Schéma zapojení:

Mikrosenzory a mikroelektromechanické systémy

Spektrální analyzátory

Laboratorní úloha č. 8: Elektroencefalogram

Otázka 22(42) Přístroje pro měření signálů, metody pro měření v časové a frekvenční doméně. Přístroje

Transkript:

A/D převodníky - parametry lineární kvantování -(kritériem je jednoduchost kvantovacího obvodu), parametry ADC : statické odstup signálu od kvantizačního šumu SQNR, efektivní počet bitů n ef, dynamický rozsah DR ADC. integrální a diferenciální nelinearita a dynamické doba odběru vzorku T a (aperture time), fázová nestabilita t j (aperture jitter) šířka pásma BW ADC harmonické zkreslení nejhorší harmonická celkové harmonické zkreslení - TDH TDH se šumem ( TDH+N ) S/N s poměrem zkreslení ( S/N+D) SFDR (Spurious Free Dynamic Range) dvoutónové intermodulační zkreslení poměr šumového výkonu NPR

Odstup signálu od kvantizačního šumu SQNR Označme si jednotlivé veličiny: n... počet bitů převodníku, F s... plný napěťový rozsah převodníku, N... počet kvantovacích kroků, kde N = n 1, N počet rozlišitelných kvantizačních úrovní (včetně 0) analogové veličiny, kde N = n, q... kvantovací krok, q = F s /N p(x) hustota pravděpodobnosti měřené veličiny σ S rozptyl vstupního signálu σ QN rozptyl kvantizačního šumu SQNR σ s 10 log σ = QN Pro střední hodnotu chyby kvantování můžeme psát E[ k ] = x + q / i x q / i ( x x ) p( x) dx = p( x) = kons. = i Pro rozptyl chyby kvantování můžeme psát E p( x ).0,5. xi + q / 1 3 [ k ] = ( x xi ) p( x) dx = p( xi ).. q 1 x q / i i xi + q / [( x x ) ] = 0 i x q / i pro celý rozsah, kde p( x i ). q je pravděpodobnost výskytu xi σ QN = 1 1. q FS = 1 N

Poměr SQNR závisí na velikosti vstupního signálu Zaveďme činitel buzení ADC LF, jako LF efektivní hodnota vstupního signálu = FS / Pro SQNR ( v decibelech) platí σ s SQNR 10 log σ QN LF = 10 log FS 1 N 4 FS Zanedbáme-li jedničku ve vztahu N = n 1 σ s = FS / = 10 log(3 N LF SQNR = 0 logn + 0 loglf + 10 log3 6,0 n + 0 loglf + 4,77 Při maximálním vybuzení vstupu převodníku ustáleným harmonickým signálem, amplituda signálu U m pokrývá celý napěťový rozsah převodníku, tj.!u m = FS, můžeme pro LF psát LF FS U m / = FS / a potom dostaneme pro SQNR známý vztah = 1 ) SQNR FS 3 = 10 log + 0 n log 1,76 + 6, 0 n je-li kvantovací šum v 1.NZ potlačen, mimo BW filtrací, je SQNR SQNR FS f,76 + 6,0 n + 10log BW 1 s poslední člen vyjadřuje tzv. převzorkování signálu tj. vzorkování kmitočtem vyšším než vyplývá ze vzorkovacího teorému. Pokud vzroste fs dvakrát, vzroste SQNR o 3 db

Harmonické zkreslení V důsledku nelinearit vzniknou tyto harmonické složky TDH ± K*f ± n*f = s 10.log10 a L i= U U V akustice se vyjadřuje obvykle v procentech. TDH + N = 10.log 10 L i= ef 1 U U ef 1 ef 1 ef 1 q + 1 Poměr střední hodnoty výkonu harmonických složek a šumu ke kvadrátu efektivní hodnoty základního signálu. SINAD Je definován jako poměr signálu k šumu a harmonickému zkreslení. (Poměr efektivní hodnoty základního signálu ke střední kvadratické hodnotě harmonických složek a šumu.) Pro pásmo 0 - fs/ je SINAD převrácenou hodnotou TDH+N Doba odběru vzorku Ta Doba odběru vzorku Ta (apetrure time) způsobuje při vzorkování časově proměnného signálu s časovou změnou du/dt du a du =. T dt Při vstupním sinusovém napětí s amplitudou Um = FS má tato chyba maximální hodnotu du = U.. π. f. T a m a Má-li být chyba odebírání vzorku menší nebo rovna kvantovací chybě n-bitového ADC q/ = (FS/N)/ = Um/, pak je maximální frekvence vstupního signálu dána vztahem a

f 1 max N.. π. T a známe-li fmax můžeme spočítat maximální možnou hodnotu Ta T 1 a N.. π. fmax SFDR (Spurious Free Dynamic Range) Vliv statisticky závislých kvantovacích chyb lze posoudit z FFT transformace kvantovaného harmonického signálu f s M bodové spektrum f a ideální n - bitový A/D převodník paměť pro M vzorků FFT procesor M vzorků Ze spektra lze určit parametr SFDR - Spurious Free Dynamic Range jako poměr spektrální složky užitečného signálu s kmitočtem fa a druhé nejvyšší spektrální složky. Ideální hodnota SFDR je dána vztahem SFDR M = 6,0 n + 1,76 + 10 log10 + 10log10 f s BW FFT se chová jako frekvenční analyzátor, který úzkopásmovými propustmi vybírá jednotlivé spektrální složky a tím, vzhledem k rovnoměrnému rozložení spektrální výkonové hustoty kvantizačního šumu v celé Nyquistově zóně, klesne poměr výkonů spektrální složky vstupního signálu k ostatním - šumovým složkám spektra. SFRD> SQNR

Fázová nestabilita vzorkovacího signálu Fázová nestabilita, nepokoj vzorkovacího kmitočtu tj (time jitter) způsobí, že neodebíráme vzorky vstupního spojitého signálu ideálně v přesně definovaných okamžicích, ale s určitým zpožděním nebo naopak předstihem. Časová nejistota te nám stejně jako doba odběru vzorku Ta způsobí při vzorkování časově proměnného spojitého signálu s časovou změnou du/dt chybu, kterou lze vyjádřit stejnými vztahy. Dynamický rozsah převodníku zapsat jako funkci tj DR ADC = 0.log N = 10.log 10 10 1. π. f. t a při známém tj tedy vypočítat dosažitelný dynamický rozsah ADC pro různé frekvence a hodnoty tj. j Šířka pásma BADC Šířka pásma vstupního signálu ADC je určena frekvencí, při níž klesne dynamický rozsah DRADC o předem zvolenou hodnotu, např. 3dB. Přičemž skutečný dynamický rozsah můžeme určit tak, že ze změřeného SINAD určíme nef a z něho vypočítáme DRADCef. Šířku pásma můžeme definovat také jako šířku pásma po rekonstrukci spektra vstupního analogového signálu na číslicovém výstupu převodníku prostřednictvím FFT. Doba převodu (conversion time) je doba, potřebná k uskutečnění převodu vzorku vstupního signálu do číslicového tvaru včetně zápisu do registru. Pokud není použito principu sdílení času (pipelining), který umožňuje v jednom časovém okamžiku provádět současně několika operací převodu s následujícími vzorky signálu, je doba převodu určena převrácenou hodnotou vzorkovací frekvence.