АналогтыҚ-цифрлік жӘне цифрлік-аналогтыҚ тҮрлендірудіҢ негізгі принциптері

Аналогтық аспаптармен салыстырғанда келесі операциялар міндетті түрде орындалады: өлшенетін шамаларды деңгей бойынша кванттау; өлшенетін шамалардың уақыт бойынша дискреттеу; ақпараттарды кодтау.

Цифрлік өлшеу аспаптары деп, өлшеу ақпараттарының автоматты түрде дискретті сигналдарға көшіретін және нәтижелерді цифрлік түрде көрсететін аспаптарды айтады.

Өлшеу ақпараттарын код түрінде бейнелеу, ақпараттарды сақтау мерзімін ұзартады, кез келген байланыс каналы арқылы байланыс каналы арқылы ақпараттарды өзгеріссіз жіберуге мүмкіндік тудырады, ақпараттардың түрлі бөгеуілдерге қарсы тұру қабілеттілі жоғарлайды, ЭЕМ-да ақпараттарды өңдеуге мүмкіншілік тудырады, аспаптардың жылдамдығы жоғарлайды және де өлшеу процесстерін автоматтандыру процессін жеңілдетеді.

Цифрлік өлшеу аспаптарының құрамына ақпараттарды кодтауда қолданылатын өлшеу түрлендіргіштері кіреді. Кодтау әдетте түрлі санақ жүйелерін қолдану арқылы іске асуы мүмкін. Қазіргі кезде, кодтау кезінде негізінен екілік санақ жүйесі қолданылады. Өлшеу нәтижелері ондық санақ жүйесінде келтірілетіндіктен, өлшеу аспаптарының құрамына екілік санақ жүйесінен ондық санақжүйесіне көшіретін түрлендіргіштер кіреді. Егерде екілік кодттық разрядттары өте көп болған жағдайда, нәтижелерді ыңғайлы түрде көрсету үшін оналтыншы санақ жүйелері де қолданылады.

Кодтық сигналдардың символдарын уақыт бойынша шығару процесстеріне қарай параллель және тізбектелген кодтар болып бөлінеді. Параллель кодттауда барлық разрядтардың күйі туралы ақпарат бір мезетте беріледі. Бұл жағдайда код разрядттармен оларды беретін желі сандары өзара тең болуы қажет. Кодттар символын тізбектегі беруде импульстер тізбегі қолданылады.

14.1-суретте цифрлік өлшеу аспабының құрылымдық схемасы келтірілген.

Кірістік түрлендіргіште Пр1 аналогтық сигнал бір түрден екінші түрге түрленеді, мысалға кірістік сигналды масштабтау, кернеулерді уақыт интервалына немесе айнымалы (тұрақты) кернеуге түрлендіру т.с.с. Бұл жерде сигналдарды алдын-ала уақыт бойынша дискреттеу процессі де жүруі мүмкін. Аналогтық сигналды кодқа түрлендіру Пр2 түрлендіргішінде іске асады. Егер алынған код одан әрі қолдануға жарамсыз болса, онда Пр3 түрлендіргішінде қосымша түрлендірулер жүргізіледі. Пр3 түрлендіргішінде қосымша түрлендірулер жүргізіледі. Пр3-түрлендіргішінен өткен ақпарат АЦП-нің шығыстық коды болып есептеледі.

Шығыстық код индикациялау құралына ИУ беріледі. АЦП блогының жұмыстарын УУ-құрылғысының сигналы сәйкестендіріп отырады.

Өлшенетін шамалардың түрлеріне қарай, цифрлік өлшеу аспабын вольтметр, жиілік өлшеуіштер (частотометр), фазометр, омметр т.с.с. болып бөлінеді. Қандайда бір интервал уақытында сигналдың орта мәнін өлшейтін аспаптарды интегралдаушы аспаптар деп атайды. Түрлендіру процессін ұйымдастыру тәсіліне қарай, цифрлік өлшеу аспаптары циклдік және қадағалаушы (следящие) аспаптар болып бөлінеді. Циклдік аспаптарда бүкіл түрлендіру процессі өлшенетін шаманың мәніне тәуелсіз, алдын ала құралған программа бойынша жүзеге асады. Бұл аспаптардың көрсетулерін тек белгілі бір тактілерде (индикация уақыты) ғана алуға болады. Қадағалаушы аспаптарда, түрлендірудің келесі этапына көшу, кірісітік сигналдың қандай да бір параметрлерінің өзгерісі нәтижесінде іске асады. Өзгермелі параметрлер ретінде сигнал амплитудасы, периоды, жиілігі т.с.с. қарастырылады.

Аналогтық сигналды цифрлік сигналға түрлендіру уақыт ағымында түрліше тәсілмен жүргізілуі мүмкін (түрлендіру алгоритмі). Бұл тәсілдерге біртіндеп санақ тәсілі (метод последовательного счета), разрядттар бойынша теңгеру тәсілі (метод поразрядного уравновешивания) және бір мезеттегі санақ тәсілі (метод одновременного считывания)

Біртіндеп санау тәсілі. Бұл тәсілдің негізінде өлшенетін шаманы уақыттың әр мәндерінде белгілі бір өлшеммен салыстыру жатыр. Өлшенетін шама мәні келесі интервалға кіреді.

11.2 а -суретінде тәсілдің бірінші варианты келтірілген. Кванттық (өлшем) x₀ қандайда бір санында n келесі теңдік nx₀=x_K қандайда бір қателікпен x: nx_Q + x=x_* орындалады, мұндағы x_* —өлшенетін шаманың мәні, х_К - өлшемнің уақыт ағымындағы мәні.

Егер х₀ шамасын х – шамасының өлшем бірлігіне тең деп алсақ, онда n – саны өлшенетін шаманың бірлік коды болып есептеледі.

Түрлендіру қателігі алынатын x₀ – мәніне тәуелді, себебі кванттау қателігі мынаған тең 0£x£x₀.

Бұл тәсілдің артықшылығы түрлендіру процессінің қарапайымдылығында және статикалық қателіктің аз мөлшерде болуында, ал кемшілігіне жататыны – түрлендіру уақытының ұзақтығы. Бұл тәсілдің қолдану аймағы – цифрлік тұрақты тоқ вольтметрінде және де тұрақты кернеумен немесе баяу өзгеретін кернеулермен жұмыс істейтін цифрлік аспаптар.

Разряд бойынша теңгеру тәсілінде. (11.2б-суреті) (кодоимпульстік тәсіл) х_* және х_К мәндері алдыңғы тәсілдегідей, уақыттың әр мәндерінде салыстырылып отырады. Бұл жерде алынатын кванттың мәндері х₀ өзара тең болмай, әрқилы болып келеді {x_0i}. Салыстыру кезінде x_0i бір кванттары қосылып немесе ажыратылып отырылады. Бұл тәсілдің артықшылығы, түрлендіру уақыты анағұрлым шапшаңдайды.

Бір мезеттегі санақ тәсілінде (11.2в-сурет) өлшенетін шама мен өлшемнің жиынтығы белгілі бір мезетте салыстырылады. Өлшем жиынтығы белгілі бір ережеге сүйене отырып алынады. Шығыстық кодтың мәні x_oi өлшеміне жақын орналасқан мәнді алады. Бір мезетте салыстыру деп, салыстыру процесіне барлық кванттарды {x_0i} бір мезгілде қосуды түсіну керек. Бұл тәсіл толығымен параллель тәсіліне жатқызуға болады да, түрлендіру жиілігі өте жоғары 100-200 мГц. Кейінгі кездерде бұл тәсілдердің аралас қолданулары да кездеседі. Қорыта айтсақ АЦП-ің жылдамдығы қолданылатын санақ жүйесіне тәуелсіз, тек түрлендіру алгоритміне байланысты болып келеді.

Ақпараттарды кодтық түрден аналогтық түрге түрлендіруде қолданылатын негізгі жабдықтарға, дәлдігі өте жоғары кедергілер және электрондық кілттер болып табылады. 11.3а-суретте резистрлік матрица негізіндегі, ал 11.3б-суретте R-2R тізбекті матрица негізінде орындалған цифрлік – аналогтық түрлендіргіштердің ЦАП құрылымдық схемалары келтірілген.

Цифр-аналогтық түрлендіргіштің негізгі сипаттамасы ретінде, олардың түрлендіру разряды N болып табылады. Егер ЦАП N - екілік разрядтты болса6 онда ол кірістік сигналдың 2^N түрлі мәндерін алуға мүмкіндік тудырады, ол мүмкіншілігі (разрешающая способность) . Мысалға егер N = 12 және шығыстық кернеудің максималдық мәні (кернеу шкаласы) U_шк = 10 В болса, онда шығыстық кванттың минималдық абсолюттік мәні (абсолютная разрешающая способность)

Цифрлік-аналогтық түрлендіргіштің динамикалық параметрлеріне жататыны шығыстық шамасының тұрақталу уақыты және түрлендіру жиілігінің максималдық мәні. Тұрақталу уақыты t_УСТ кірістік кодтты беру уақыты мен алдын-ала берілген қателікті қанағаттандыратындай аналогтық деңгейге шығуға кететін уақыттың аралығындағы интервалмен анықталады. Түрлендірудің максималдық жиілігі f_ПРб – кірістік кодтың ең жоғарғы берілу жиілігмен сипатталады. Цифрлік-аналогтық түрлендіргіштің негізгі қателіктеріне жататыны: дискретизациялау қателігі Dx_Д, кванттау деңгейінен болуынан туындайтын қателік Dx_Р, сезімталдық аймағының болуынан туындайтын қателік Dх_ч және түрлі бөгеулердің әсерінен туындайтын қателік Dx_п.

Dx_Р, Dх_ч, Dx_п – қателіктерді аспаптық түрлі кемшіліктерінен туындайды да, саймандық (инструменталдық) қателікке жатады, ал дискреттілік қателік Dx_Д - әдістемелік қателікке жатады (кез келген түрлендіргішке тән қателік).

Дата добавления: 2015-10-16