Презентация - Аналого-цифровое преобразование

аналого-цифровоЕ преобразованиЕ
Бондарев В.А. Верещагин А.А. Стешенко С.А. гр.237

ОГЛАВЛЕНИЕ: Методы аналого-цифрового преобразования Определение шага дискретизации Погрешность дискретизации по времени Определение числа уровней квантования Погрешность квантования по уровню

Аналого-цифровой преобразователь – устройство, осуществляющее автоматическое преобразование входного аналогового сигнала в цифровой код. Методы АЦП отличаются друг от друга точностью, скоростью преобразования и сложностью реализации.

Аналого-цифровые преобразователи по типу способа преобразования делятся на: Параллельные Последовательные Последовательно-параллельные

Достоинства: параллельный АЦП является самым быстрым благодаря одновременной работе компараторов. Недостатки: потребляют значительную мощность из-за большого количества компараторов и имеют высокую сложность.
Параллельные АЦП Рис. 1 схема параллельного 3-х разрядного ацп

Достоинства: сравнительная простота построения, определяемая последовательным характером выполнения процесса преобразования. Недостатки: менее быстродействены.
АЦП последовательного преобразования Рис. 2 схема АЦП последовательного счета

Особенность последовательно-параллельного АЦП: Максимальное компромиссное быстродействия при минимальной сложности. То есть выигрыш по сложности реализации схемы составляет почти десять раз. При этом время преобразования входного аналогового сигнала возрастает в четыре раза.
Последовательно-параллельные АЦП Рис. 3 схема восьмиразрядного последовательно-параллельного АЦП

При дискретизации исходных аналоговых данных по времени происходит выборка значений (дискретные замеры) входного аналогового сигнала в определенные дискретные моменты времени. Время между замерами называют шагом дискретизации Шаг составляет 1/частоту дискретизации: T = 1/ν, Где T - шаг дискретизации. ν - частота дискретизации
Определение шага дискретизации Рис.4 Шаг дискретизации

Определение шага дискретизации. Пример: Рис.5 Шаг дискретизации аудио
Стандартная частота дискретизации аудио на CD составляет 44.1 KHz. Значит замер мгновенных значений амплитуды производится 44,100 раз в секунду Шаг дискретизации при этом равен 1 ÷ 44.100 = 0.022 миллисекунды. Таким образом, замер амплитуды производится каждые  0.022 миллисекунды.

Погрешность дискретизации по времени Рис.6 отклонения передаваемого сигнала
Дискретные замеры должны производится в определенные и точные моменты времени, иначе возникают нежелательные отклонения передаваемого сигнала. Разность между текущими значениями исходного и дискретизированного сигналов называют погрешностью дискретизации. Оптимальна такая дискретизация, которая обеспечивает представление исходного сигнала с заданной точностью при минимальном количестве выборок.

Определение числа уровней квантованиЯ Рис. 7 – шаг квантования, количество уровней квантования
При оцифровке сигнала уровень квантования  называют  глубиной дискретизации или битностью  Измеряется  глубина дискретизации в битах Уровни квантования делят весь диапазон возможного изменения значений сигнала на конечное число интервалов - шагов квантования. Чем меньше шаг квантования , тем точнее квантование и больше уровней квантования. Где N - Число уровней квантования,  - шаг квантования, Ymax – Ymin - диапазон квантования. .

Погрешность квантования по уровню Рис. 8 - погрешность квантования
Рассмотрим пример: 4-х битная система имеет лишь 16 различных значений для представления уровня амплитуды аналогового сигнала. Пусть система распознает и регистрирует только целые числа. В определенный момент времени, продиктованный произошел замер амплитуды, составляющий 3.4 (рис.8). Система не знакома с таким числом, поэтому округляет до ближайшего знакомого системе числа- до 3. Получающаяся погрешность – погрешность квантования. Увеличение числа разрядов повышает точность приема и позволяет расширить динамический диапазон передаваемых сигналов