Структура систем цифрового управления, Аналого-цифровой преобразователь - Системы цифрового управления

В системах цифрового управления средства вычислительной техники в основном выполняют роль регулятора или регулятора и устройства сравнения. Если объект управления имеет регулируемый параметр аналоговой формы, то возникает потребность в аналого-цифровом преобразователе (АЦП). Для формирования сигналов управления, поступающих на объект в аналоговой форме, дополнительно применяется цифроаналоговый преобразователь (ЦАП).

Аналого-цифровой преобразователь

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, англ. Analog-to-digital converter, ADC) - устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал).

Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП (цифро-аналогового преобразователя, DAC).

Как правило, АЦП - электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. Тем не менее, некоторые неэлектронные устройства с цифровым выходом следует также относить к АЦП, например, некоторые типы преобразователей угол-код. Простейшим одноразрядным двоичным АЦП является компаратор.

Типы преобразования

По способу применяемых алгоритмов АЦП делят на:

    - Последовательные прямого преобразования - Последовательного приближения - Последовательные с сигма-дельта-модуляцией - Параллельные одноступенчатые - Параллельные двух - и более ступенчатые (конвейерные)

АЦП первых двух типов подразумевают обязательное применение в своем составе устройства выборки и хранения (УВХ). Это устройство служит для запоминания аналогового значения сигнала на время, необходимое для выполнения преобразования. Без него результат преобразования АЦП последовательного типа будет недостоверным. Выпускаются интегральные АЦП последовательного приближения, как содержащие в своем составе УВХ, так и требующие внешнее УВХ.

Линейные АЦП

Большинство АЦП считаются линейными, хотя аналого-цифровое преобразование, по сути, является нелинейным процессом (поскольку операция отображения непрерывного пространства в дискретное - операция нелинейная).

Термин Линейный применительно к АЦП означает, что диапазон входных значений, отображаемый на выходное цифровое значение, связан по линейному закону с этим выходным значением, то есть выходное значение K достигается при диапазоне входных значений от

M(K + B) до M(K + 1 + B),

Где M и B - некоторые константы. Константа B, как правило, имеет значение 0 или ?0.5. Если B = 0, АЦП называют Квантователь с ненулевой ступенью (Mid-rise), если же B = ?0,5, то АЦП называют Квантователь с нулем в центре шага квантования (Mid-tread).

Нелинейные АЦП

Если бы плотность вероятности амплитуды входного сигнала имела равномерное распределение, то отношение сигнал/шум (применительно к шуму квантования) было бы максимально возможным. По этой причине обычно перед квантованием по амплитуде сигнал пропускают через безынерционный преобразователь, передаточная функция которого повторяет функцию распределения самого сигнала. Это улучшает достоверность передачи сигнала, так как наиболее важные области амплитуды сигнала квантуются с лучшим разрешением. Соответственно, при цифро-аналоговом преобразовании потребуется обработать сигнал функцией, обратной функции распределения исходного сигнала.

Это тот же принцип, что и используемый в компандерах, применяемых в магнитофонах и различных коммуникационных системах, он направлен на максимизацию энтропии.

Например, голосовой сигнал имеет лапласово распределение амплитуды. Это означает, что окрестность нуля по амплитуде несет больше информации, чем области с большей амплитудой. По этой причине логарифмические АЦП часто применяются в системах передачи голоса для увеличения динамического диапазона передаваемых значений без изменения качества передачи сигнала в области малых амплитуд.

8-битные логарифмические АЦП с a-законом или м-законом обеспечивают широкий динамический диапазон и имеют высокое разрешение в наиболее критичном диапазоне малых амплитуд; линейный АЦП с подобным качеством передачи должен был бы иметь разрядность около 12 бит.

Похожие статьи




Структура систем цифрового управления, Аналого-цифровой преобразователь - Системы цифрового управления

Предыдущая | Следующая