Модельная демонстрация нецелесообразности коммутации сигма-дельта ацп
В обоих случаях недостатки схемы на рис. 7.1 могут не проявить себя. Если даже к каждому из каналов подключить индивидуальные сигналы, а результаты преобразования с помощью отдельных ЛЦП вывести на отдельные каналы осциллографа, то и в этом случае перекрестное влияние каналов может быть нс обнаружено, поскольку оно проявляется в сотых или тысячных долях от преобразуемого сигнала, что… Читать ещё >
Модельная демонстрация нецелесообразности коммутации сигма-дельта ацп (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Для демонстрации утверждения о нецелесообразности коммутации ЕД-АЦП осуществим моделирование его работы в программе К/лй/и. На рис. 7.4 показаны схема и результаты такого моделирования. Обрабатываемый сигнал сформирован из суммы сигналов: ступенчатого с установившимся уровнем ио =0,90 001 В и шумоподобного сигнала с нулевым средним и стандартным отклонением, равным 0,1 В. Для наглядности ступенчатый сигнал имеет задержку, равную 100 с (условных единиц времени). Итоговый сигнал показан на верхнем графике (осциллографе) рис. 7.4.
Рис. 7.4. Схема и результаты моделирования ЕД-АЦП в программе VisSim.
ЕД-АЦП состоит из соединенных в замкнутое кольцо вычитателя (обозначен символом Е в круге и имеет положительный и отрицательный входы), интегратора (обозначен 1/$), компаратора (обозначен символом_|) и сдвигового регистра (обозначен 1/^).
Также в схеме присутствуют индикаторы результата, образованные последовательным соединением интегратора, усилителя с коэффициентом 0,001.
и цифровым индикатором результата. Поскольку интегрирование осуществляется 1000 с, коэффициент, обратно пропорциональный этой длительности, позволяет получить результат в единицах входной величины. Верхний индикатор отображает среднее значение входного сигнала, а нижний — среднее значение результата преобразования. При этом нижний индикатор идентичен цифровому фильтру, преобразующему последовательность положительных и отрицательных импульсов в цифровой отсчет. Действительно, длительность этих импульсов кратна тактовой частоте, поступающей на сдвиговый регистр; амплитуда равна единице, т. с. значение вклада каждого такого импульса в результат равно единице или минус единице. Указанные импульсы показаны на нижнем графике этой схемы, причем шкала времени на этом графике для наглядности растянута, выбран интервал от 90 до 110 с, когда среднее значение входного сигнала из нулевого уровня начинает возрастать на сотой секунде.
Из результата моделирования видно, что преобразование характеризуется ошибкой в две единицы четвертого знака после запятой, т. е. примерно 0,02%.
На рис. 7.5 показан результат моделирования 1Д-АЦП второго порядка [19]. В этой структуре введены дополнительный вычитатель и дополнительный интегратор. С позиции величины погрешности указанного преобразователя не выявлено никаких преимуществ в сравнении со схемой ЕД-АЦП первого порядка, показанного на рис. 7.5.
Рис. 7.5. Схема и результаты моделирования ІД-АЦП второго порядка в программе УізБіт.
Моделирование подтвердило, что при увеличении времени измерения погрешность падает, и наоборот. Это в точности соответствует теоретическому прогнозу для экспоненциального переходного процесса. Указанная зависимость в логарифмическом масштабе приведена на рис. 7.6. При устранении шумов из сигнала погрешность за время усреднения менее 100 с и более 2000 с падает, на интервале от 100 до 2000 с изменяется нс столь существенно. Указанная зависимость погрешности измерения от времени усреднения показана на рис. 7.7.
При этом точка с малой погрешностью (0,013%) за время 50 с выпадает из общей тенденции вследствие «удачного» сочетания различных вкладов погрешности в их общий результат. Погрешность ІД-АЦП второго порядка несколько выше, ее зависимость от времени усреднения показана на рис. 7.8.
Рис. 7.6. Зависимость погрешности моделированного 1Д-АЦП первого порядка от времени измерения при наличии шумов, показанных на рис. 7.5.
Таким образом, результаты моделирования подтверждают, что критика структуры по рис. 7.1 достаточно обоснована. Эта критика основана не только на теоретических соображениях, но также и на личном опыте автора. Изложенные теоретические основы для этой критики дают ответ на вопрос, почему в некоторых рекомендуемых схемах включения некоторые АЦП не демонстрируют той точности, которая указывается в технической документации на эти микросхемы. Действительно, при испытании на рабочем столе многоканальных АЦП разработчик, как правило, использует один из следующих вариантов тестирования: а) последовательное тестирование каждого канала, при котором остальные каналы не используются, их входы не задействованы или подключены к нулевой шине; б) параллельное включение всех каналов к одному и тому же источнику сигнала.
Рис. 7.7. Зависимость погрешности моделированного 1Д-АЦП первого порядка от времени измерения при отсутствии шумов в сигнале.
Рис. 7.8. Зависимость погрешности молелированного ЕД-АЦП второго порядка от времени измерения при отсутствии шумов в сигнале.
В обоих случаях недостатки схемы на рис. 7.1 могут не проявить себя. Если даже к каждому из каналов подключить индивидуальные сигналы, а результаты преобразования с помощью отдельных ЛЦП вывести на отдельные каналы осциллографа, то и в этом случае перекрестное влияние каналов может быть нс обнаружено, поскольку оно проявляется в сотых или тысячных долях от преобразуемого сигнала, что затруднительно обнаружить на аналоговом сигнале.
Если же использовать те методы исследований, которые применяются при изучении перекрестного влияния каналов, т. е. анализ отклонений формируемых сигналов от их идеальных значений, то обсуждаемые недостатки схемы на рис. 7.1 проявятся наиболее наглядно.