logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Dokładność przetworników analogowo-cyfrowych, część I

ghost666 08 Lis 2014 17:24 3285 0
  • Podczas rozmowy z większością projektantów systemów elektronicznych, wykorzystujących przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC) w swoich projektach, jednym z częściej padających pytań jest:

    "Czy Twój 16-bitowy przetwornik ma także 16-bitową dokładność?"

    Aby odpowiedzieć na to pytanie trzeba zrozumieć podstawowe różnice pomiędzy dwoma konceptami - rozdzielczości i dokładności, układów elektronicznych. Jakkolwiek wartości te mówią w zasadzie zupełnie o czym innym, są bardzo często ze sobą mylone i używane zamiennie.

    W poniższym artykule opisane zostaną pokrótce oba pojęcia, a w kolejnych artykułach z tej serii omówione zostaną główne czynniki mające wpływ na dokładność przetworników ADC.

    Rozdzielczość przetwornika ADC definiuje się jako najmniejszą możliwą zmianę wartości sygnału wejściowego, która spowoduje zmianę wartości wyjściowego sygnału cyfrowego. W przypadku idealnego przetwornika, funkcja przejścia jest funkcją schodkową, z szerokością schodka równa rozdzielczości. Jednakże w przypadku rzeczywistych układów, szczególnie tych o większej rozdzielczości (>16 bit), funkcja przejścia będzie się znacznie różniła od idealnej odpowiedzi układu. Spowodowane jest to wpływem szumu na działanie układu, a także układem wejściowym i innymi elementami ADC, które zmniejszają jego efektywną rozdzielczość.

    Co więcej, pamiętać należy iż jeśli przyłoży się do wejścia przetwornika stałe napięcie, to wyjście cyfrowe powinno, przy każdej konwersji, wskazywać tą samą wartość (co na poniższej ilustracji wyobrażone jest jako czarna kropka). W rzeczywistym układzie, kody wyjściowe będą rozłożone na kilka różnych wartości (zgrupowanie zobrazowane jest z pomocą czerwonych kropek), a ich rozrzut będzie zależny od całkowitego poziomu szumu w systemie (to jest włączając w to szumy napięcia odniesienia i wewnętrzne źródła szumu w części analogowej przetwornika. Im większy jest poziom szumu w systemie, tym szerzej rozłożone są kody wyjściowe dla stałej wartości wejścia i odwrotnie - im mniej szumu tym dystrybucja węższa. Tego typu rozrzut często obrazuje się w kartach katalogowych z pomocą histogramu kodów wyjściowych dla stałej wartości anpięcia wejściowego.

    Dokładność przetworników analogowo-cyfrowych, część I


    Powyższa ilustracja prowokuje zasadnicze pytanie. Jeżeli ta sama wartość napięcia wejściowego jest w stanie powodować generację różnych kodów wyjściowych, to jaki sens ma definicja rozdzielczości, taka jak powyżej? Jeśli pojedyncze napięcie (zmiana równa zero) może powodować zmianę wyjścia cyfrowego, to czy definicja rozdzielczości jest prawdziwa? Tak, ale tylko jeżeli jedyny szum jaki uwzględnimy w analizie to szum kwantyzacji. Jednakże, jeśli uwzględnimy wszystkie źródła szumu, jesteśmy w stanie wyznaczyć rozdzielczość pozbawioną szumu na podstawie NPP, czyli dystrybucji kodów, tak jak w równaniu (1) poniżej:

    Dokładność przetworników analogowo-cyfrowych, część I


    W typowej karcie katalogowej przetwornika ADC umieszczona jest informacja na temat efektywnej ilości bitów (ENOB), która wyznaczana jest pośrednio z parametrów zmiennoprądowych i stosunku sygnału do szumu i zniekształceń (SINAD), który wyznacza się w następujący sposób:

    Dokładność przetworników analogowo-cyfrowych, część I


    Następnie rozważmy sytuację w której kody wyjściowe (czerwone kropki) w pierwszej ilustracji nie są skupione wokół idealnej wartości wyjściowej, ale jakiejś innej wartości (tak jak pokazano to poniżej). Odległość od idealnej wartości jest wyznacznikiem dokładności systemu. Nie tylko przetwornika ADC, ale także, na przykład, analogowego front-endu przed ADC, źródła napięcia odniesienia, jego buforu etc.. Wszystkie te elementy mają wpływ na całkowitą dokładność systemu.

    Dokładność przetworników analogowo-cyfrowych, część I


    Istotnym jest pamiętanie iż te dwie wartości są od siebie różne i niekoniecznie muszą być różne. Z punktu widzenia projektowania systemu elektronicznego, dokładność determinuje zarządzanie całkowitym błędem pomiarowym systemu, a rozdzielczość ma wpływ na algorytmy i oprogramowanie używane przez system.

    W kolejnym artykule skupimy się na kluczowych czynnikach determinujących całkowity błąd systemu akwizycji danych.

    Źródło:

    http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisionhub/archi...-1-is-accuracy-different-from-resolution.aspx

    Fajne? Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    https://twitter.com/Moonstreet_Labs
    ghost666 napisał 11960 postów o ocenie 10197, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
REKLAMA