. 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 20. 2. 20 5.2.204 A3B38SME přednáška
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 5.2.204 A3B38SME přednáška 2
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 5.2.204 A3B38SME přednáška 3
Kvanování Viz Haasz, Sedláček: Elekrická měření, sr. 85 5.2.204 A3B38SME přednáška 4
Vzorkovač Viz Haasz, Sedláček: Elekrická měření, sr. 86 5.2.204 A3B38SME přednáška 5
opakování 5.2.204 A3B38SME přednáška 6
opakování I * konvoluce: obrazem součinu je konvoluce 5.2.204 A3B38SME přednáška 7
Opakování: opakem vzorkování je rekonsrukce (užívá se v např. generáorech) * sin()/ je Fourierův vzor obdélníku obrazem konvoluce je součin 5.2.204 A3B38SME přednáška 8
Aliasing Náprava: použiím anialiasing filru odsrani vyšší frekvence ve vzorkovaném signálu 5.2.204 A3B38SME přednáška J. Vedral 9
A D převodník s dvojiou inegrací Viz Haasz, Sedláček: Elekrická měření, sr. 90 používá se ve volmerech (viz následující přednáška) 5.2.204 A3B38SME přednáška 0
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 2 2 2 2 0 0 2 0 0,, 0 = = = = = + < < = = = < < A3B38SME přednáška 5.2.204 V. Haasz e al.
-f převodník s vyrovnáním náboje + číač R R 2 C + I 2i r + NK f 2 r 0 0 0 + 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. 80 5.2.204 A3B38SME přednáška 2
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. 94 + 0 D S u i D S b) = - r /2 A3B38SME přednáška 5.2.204 3 2 2
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 5.2.204 4
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) 5.2.204 A3B38SME přednáška 5
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) 5.2.204 A3B38SME přednáška 6
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. 4-24 5.2.204 A3B38SME přednáška 7
Číslicový osciloskop Ergonomicky vychází z osvědčeného analogového osciloskopu (viz výklad na. cvičení), umožňuje řadu dalších funkcí 5.2.204 A3B38SME přednáška 8
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. 26-29 5.2.204 A3B38SME přednáška 9
Číslicový osciloskop Viz Haasz, Sedláček: Elekrická měření, sr. 26-29 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 5.2.204 A3B38SME přednáška 20
Spoušění prerigger prerigger 5.2.204 A3B38SME přednáška 2
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. 29-30 2. SEKVENČNÍ V EKVIVALENNÍM ČASE (SROBOSKOPICKÉ) jen pro periodické průběhy v každé periodě jen jeden vzorek posunuý o ekvivalenní vzorkovací frekvence f VZ.EKV. =/( ) + + 3. 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) 5.2.204 A3B38SME přednáška 22
Osciloskopické sondy Viz Haasz, Sedláček: Elekrická měření, sr. 37 5.2.204 A3B38SME přednáška 23
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 6 5.2.204 A3B38SME přednáška 24
Číslicový osciloskop: ukládání na SB paměť 5.2.204 A3B38SME přednáška 25
Číslicový osciloskop funkce FF Nedosahuje paramerů specializovaného spekrálního analyzáoru, ale A3B38SME přednáška sačí pro mnohé aplikace 5.2.204 26