Przetwornik a/c z nadpróbkowaniem typu

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA    Przetwornik a/c z nadpróbkowaniem typu  ∆ − Σ   1. Wstęp    Cechy charakterystyczne przetwarzania z nadpróbkowaniem:  •  możliwość filtracji sygnałów na drodze cyfrowej nieosiągalne w przypadku stosowania filtrów  analogowych  •  rozdzielczość  16-bitów    •  dynamika  130 dB   •  typowe zastosowania : kodeki ISDN PCM, świat audio, badania geofizyczne   •  przykłady produkowanych układów:  CS5317, CS5326, CS5501 – CRYSTAL  AD776, AD1878 - ANALOG DEVICES       2. Budowa i zasada działania przetwornika sigma-delta   Koncepcja  przetwarzania  delta  i sigma-delta  powstała  ponad  30 lat  temu.  W  przetwornikach  tego typu dużą  rozdzielczość amplitudową zastępuje się dużą rozdzielczością w czasie , co pozwala  wyeliminować  precyzyjne układy  analogowe  w  zamian  za  rozbudowę  szybkich  układów  cyfrowych.  Rozwój  przetworników  z  próbkowaniem  nadmiarowym  nastąpił  głównie  dzięki  wprowadzeniu  cyfrowej  transmisji  sygnałów  akustycznych  w  telefonii  oraz  szerokiemu  rozpowszechnieniu  odtwarzaczy kompaktowych.  W przetwornikach z nadmiarowym próbkowaniem wykorzystuje się  przekształcenie  widma  szumu  kwantyzacji  polegające  na  przesunięciu  głównych  składowych  szumu  do  zakresu  dużych  częstotliwości  przy  jednoczesnym  zmniejszeniu  poziomu  szumu  w  paśmie sygnału przetwarzanego.   Przetworniki  sigma-delta to  urządzenia,  w  których są  wykorzystywane jednobitowe  długości  słów.  Zaletą  przetwornika  1-bitowego  jest  jego  idealna  liniowość.  Przetworniki  te  pozawalają  na  C R Integrator Komparator 1-bitowy przetwornik 1 bit f  =11,29 MHz Zegar fsl=11,29MHz 16 bitów fsp=44,1kHz Filtr anty- aliasingowy f0 MSB LSB Filtr cyfrowy +U -U ref' ref' U s in Uint Uc/a Ua/c Rys.1. Przetwornik  Przetworniki  A/C  z   próbkowaniem  nadmiarowym   (ang.  oversampled  converters),  nazywane  teŜ  często  przetwornikami  sigma-delta,  osiągają  duŜą  rozdzielczość  przetwarzania  z  uŜyciem  1-bitowych  przetworników  A/C  i  C/A  dzięki  próbkowaniu  sygnału analogowego z częstotliwością wielokrotnie większą niŜ częstotliwość Nyqista.    Rys.2. Przebiegi czasowe napięć w przetworniku jednobitowym  uzyskanie  bardzo  dobrej  liniowości  różniczkowej.  Najprostszy  schemat  blokowy  jednobitowego  przetwornika A/C przedstawia rys.1.  W skład przetwornika wchodzą:  filtr dolnoprzepustowy  w postaci integratora, strobowany komparator 

(…)

…
wzrost napięcia Uint w kierunku zera. Im bardziej dodatnie jest napięcie wejściowe, tym większy jest
stosunek jedynek do zer w sygnale wyjściowym komparatora. Gdy Uint > 0, to komparator wytwarza
stan niski i następuje ładowanie kondensatora C w przeciwnym kierunku. Przy zerowym napięciu
wejściowym układ wytwarza ciąg kolejnych zer i jedynek, a napięcie Uint oscyluje wokół zera z
niewielką amplitudą. Cały przetwornik może być w dziedzinie czasu rozważany jako układ
przekształcający napięcie wejściowe na ciąg impulsów o modulowanej gęstości(czyli przetwornik
V/F), bądź jako przetwornik z równoważeniem ładunku. Im krótszy jest czas miedzy kolejnymi
porównaniami (okres zegara TS) tym dokładniej sygnał wejściowy jest reprezentowany ciągiem
zerojedynkowym wytwarzanym przez komparator. Rolą integratora jest całkowanie sygnału błędu
wynikającego z różnicy między aktualnym napięciem wejściowym a jego estymatą generowaną przez
przetwornik C/A na podstawie poprzednich próbek sygnału.
Rys.2. Przebiegi czasowe napięć w przetworniku jednobitowym
Stała czasowa całkowania powinna być większa niż okres próbkowania TS i jednocześnie dostatecznie
mała w porównaniu do pulsacji ωg odpowiadającej górnej częstotliwości pasma…
… próbkowania
jest najskuteczniejszym sposobem zwiększania rozdzielczości przetwornika a praktyczne ograniczenia
wynikają z szybkości układów cyfrowych, pola wzmocnienia wzmacniaczy operacyjnych używanych
w integratorach oraz z trudności separacji części cyfrowej i analogowej na jednej płytce układu
scalonego.
3. Elementy składowe modulatora delta sigma
3.1. Układy próbkujące
Większość modulatorów DSM oparta…
… matematycznych jako transmitancji oraz uzyskiwanie stromych zboczy charakterystyk
amplitudowych. W związku z koniecznością przeprowadzania większej ilości operacji
obliczeniowych, co z kolei wymaga większego czasu i mniejszej częstotliwości próbkowania, nie są
zwykle wykorzystywane w modulatorach DSM.
1
UWAGA : Można się spotkać z dwoma określeniami rzędu filtru: filtr jest N-tego rzędu jeżeli określa go N+1…
… jednobitowego
przetwornika A/C przedstawia rys.1.
W skład przetwornika wchodzą: filtr dolnoprzepustowy w postaci integratora, strobowany komparator
(na jego wejście jest podawany sygnał o częstotliwości f0 znacznie mniejszej niż fs), jednobitowy
przetwornik C/A sterowany sygnałem cyfrowym z wyjścia komparatora oraz filtr cyfrowy, który
przekształca wejściowy sygnał jednobitowy o częstotliwości fSI na ciąg słów…
... zobacz całą notatkę