29. Пристрій квантування, його характеристика (рис. 5.5)
Для забезпечення роботи цифрових пристроїв обробки необхідно, як наголошувалося вище, перетворити аналоговий сигнал в цифрову форму. Ця процедура в більшості випадків включає три самостійні операції: дискретизацію, квантування і кодування.
Квантування - це перетворення аналогових значень сигналу в дискретну форму Uкв(tп) шляхом дискретизації сигналів по амплітуді (по фазі).
Після квантування сигнал кодується. Найчастіші операції квантування і кодування поєднуються і виконуються в АЦП.
Пристрій квантування є нелінійним елементом з амплітудною характеристикою, зображеною на рис.5.5.
Інтервал hi зміни амплітуди вхідного сигналу між рівнями Ui і Ui+1 називається інтервалом або кроком квантування. Квантування може бути рівномірним (hi = const) або адаптивним (hi = var).
Найбільше застосування знайшло рівномірне квантування. Як видно з рис.5.5, значенням вхідного сигналу, лежачим усередині інтервалу hi, відповідає одне значення вихідного сигналу Uквi. Це приводить до помилок квантування, які оцінюються різницею між аналоговими і квантованими значеннями сигналів l(n) = U(n) − Uкв(n).
У загальному випадку значення цієї різниці носить випадковий характер, тому її називають шумом квантування.
Амплітудний розподіл шуму квантування залежить від того, який спосіб наближення використовується при квантуванні: округлення або усікання.
При округленні вихідні рівні вибираються рівними середині інтервалів: Uквi = (Ui + Ui+1)/2, а при усіканні - найближчим меншим рівнем квантування.
Дисперсія шуму квантування для обох випадків однакова і складає: σ2кв = h2/12 (при рівномірному квантуванні).
Для зменшення шуму квантування необхідно зменшити крок квантування. При заданій динамічній дисперсії вхідного сигналу це можна здійснити шляхом збільшення числа рівнів квантування, визначуваного при рівномірному квантуванні
Число рівнів в свою чергу визначає розрядність перетворення.
30. Послідовний аналого-цифровий пристрій (ацп) (рис. 5.6)
За способом перетворення вибіркових значень сигналу в цифровий еквівалент АЦП зведені в три класи: послідовні; паралельні і послідовно-паралельні.
Принцип дії послідовних АЦП заснований на процедурі послідовного наближення цифрового еквівалента до перетворюваної величини, яка може бути реалізована за допомогою одиничних або двійково - зважених наближень (рис.5.6 і 5.7 відповідно).
Час перетворення в такій АЦП є змінним і залежить від величини вхідного сигналу. Його максимальне значення
tпр.макс = (2m – 1)Tсч,
де Tсч - період проходження рахункових імпульсів.
При великому числі розрядів швидкодія таких АЦП мало при m = 10 і Tсч = 1 мкс (1 Мгц), tпр.= 1024 мкс, що забезпечує максимальну частоту дискретизації FДмакс ≈ 1 кГц.
При використовуванні АЦП з двійково-зваженим наближенням (порозрядним кодуванням) швидкодія може бути істотно підвищене.
У основу його роботи встановлений принцип послідовного порівняння зміряної величини з 1/2, 1/4, 1/8 і т.д. від можливого її максимального значення (принцип дихотомії).
Виграш в швидкодії в порівнянні з АЦП з одиничним наближенням рівний приблизно 2m/m і досягає при m ≥ 10 двох і більш порядків. Частота дискретизації в АЦП з порозрядним кодуванням складає одиниці мегагерц.