Распродажа

Электронные компоненты со склада по низким ценам, подробнее >>>

Содержание ChipNews

2003: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
2002: 
1, 5, 6, 7, 8, 9
2001: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
2000: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
1999: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10

Новости электроники

В 14 раз выросло количество россиян на MediaTek Labs ? проекте по созданию устройств "интернета вещей" и "носимых гаджетов"

Сравнив статистику посещения сайта за два месяца (ноябрь и декабрь 2014 года), в MediaTek выяснили, что число посетителей ресурса из России увеличилось в 10 раз, а из Украины ? в 12. Таким образом, доля русскоговорящих разработчиков с аккаунтами на labs.mediatek.com превысила одну десятую от общего количества зарегистрированных на MediaTek Labs пользователей.

Новое поколение Джобсов или как MediaTek создал свой маленький "Кикстартер"

Амбициозная цель компании MediaTek - сформировать сообщество разработчиков гаджетов из специалистов по всему миру и помочь им реализовать свои идеи в готовые прототипы. Уже сейчас для этого есть все возможности, от мини-сообществ, в которых можно посмотреть чужие проекты до прямых контактов с настоящими производителями электроники. Начать проектировать гаджеты может любой талантливый разработчик - порог входа очень низкий.

Семинар и тренинг "ФеST-TIваль инноваций: MAXIMум решений!" (14-15.10.2013, Новосибирск)

Компания Компэл, приглашает вас принять участие в семинаре и тренинге ?ФеST-TIваль инноваций: MAXIMум решений!?, который пройдет 14 и 15 октября в Новосибирске.

Мне нравится

Комментарии

дима пишет в теме Параметры биполярных транзисторов серии КТ827:

люди куплю транзистар кт 827А 0688759652

тамара плохова пишет в теме Журнал Радио 9 номер 1971 год. :

как молоды мы были и как быстро пробежали годы кулотино самое счастливое мое время

Ивашка пишет в теме Параметры отечественных излучающих диодов ИК диапазона:

Светодиод - это диод который излучает свет. А если диод имеет ИК излучение, то это ИК диод, а не "ИК светодиод" и "Светодиод инфракрасный", как указано на сайте.

Владимир пишет в теме 2Т963А-2 (RUS) со склада в Москве. Транзистор биполярный отечественный:

Подскажите 2т963а-2 гарантийный срок

Владимир II пишет... пишет в теме Параметры биполярных транзисторов серии КТ372:

Спасибо!

В. Голуб

Взгляд на сигма-дельта АЦП

    Существует класс АЦП, использующих сигма-дельта (SD) преобразование , обладающее рядом преимуществ. Сигма-дельта АЦП выпускаются многими фирмами, среди которых ведущее место занимает Analog Devices, давшая их описание в [13]. Сигма-дельта АЦП описаны также в [4,5], что способствует их пониманию и популяризации. Ниже приводятся результаты анализа сигма-дельта АЦП, дополняющие работы [15].
    Сигма-дельта АЦП содержит (рис. 1а):

Рис. 1

    В современных сигма-дельта АЦП преобразование осуществляется с избыточной дискретизацией (передискретизацией), цифровой фильтрацией и децимацией преобразуемого сигнала. Практическая схема сигма-дельта АЦП без дополнительных преобразований дана в [6].
    Сигма-дельта модулятор и квантование частоты. Сигма-дельта модулятор является преобразователем аналогового сигнала в частотно-модулированную последовательность отсчетов, синхронизированную тактовыми импульсами. Основой сигма-дельта модулятора является ЧИМ модулятор с непрерывным интегрированием и уравновешиванием заряда по схеме на рис. 1б, но без цепи тактовых импульсов "fт". ЧИМ модулятор содержит: "+" сумматор, "т" интегратор, "й" компаратор, "t" формирователь прямоугольных импульсов напряжения с нормированной длительностью и "It" формирователь прямоугольных импульсов тока с нормированным током и результирующей площадью SI = It = const. Компаратор и, соответственно, формирователи импульсов ЧИМ модулятора, в отличие от рассмотренного ниже сигма-дельта модулятора, срабатывают при достижении напряжением интегратора уровня компарирования.
    Частота следования импульсов ЧИМ модулятора

fмод(ti) = Kмодiвх(ti) = [iвх(ti)/I ]/t,

где Kмод = 1/SI коэффициент преобразования, а fмод(ti) и iвх(ti) мгновенные значения частоты и тока в дискретных точках ti, определяемых временным положением импульсов модулятора [7]. В статическом режиме, при iвх(t) = iвх = const,

fмод(ti) = fмод = Kмодiвх = (iвх/I )/t.      (1)

    На рис. 2а показаны последовательности импульсов на выходе ЧИМ модулятора. Слева на рисунке записаны частоты следования импульсов fмод = (1/3)/t, ... (2/3)/t, пропорциональные постоянным значениям тока iвх= I/3, ... 2I/3.
    Обычно входной величиной модулятора является напряжение uвх(t) = iвх(t)R, где R сопротивление резистора на входе интегратора. Кроме того, на вход модулятора вместе с сигналом подается напряжение смещения, обеспечивающее входному току направление, противоположное направлению тока I формирователя импульсов, и "привязку" нулевого уровня сигнала к середине (или другому значению) частотной шкалы на выходе модулятора. Соответственно, iвх(t) = iс(t) + Iсм или, в статическом режиме, iвх = iс + Iсм, где iс(t) и iс ток сигнала, а Iсм ток смещения.

Рис. 2

    Сигма-дельта модулятор это синхронизированный ЧИМ модулятор по схеме на рис. 1б с цепью "fт". На рис. 2б показаны последовательности импульсов сигма-дельта модулятора, причем с теми же частотами следования, что и для ЧИМ модулятора (рис. 2а). Последовательности импульсов сигма-дельта модулятора, в отличие от ЧИМ модулятора, характеризуются следующим:

Рис. 3

    Процесс формирования последовательностей импульсов сигма-дельта модулятора показан на рис. 3, где а тактовые импульсы; б, в напряжение интегратора и выходная последовательность импульсов при iвх = (11/14)I > I/2; г, д напряжение интегратора и выходная последовательность импульсов при iвх = (3/14)I < I/2. На рис. 3б,г показаны также уровни компарирования. В отличие от ЧИМ модулятора, формирователи импульсов сигма-дельта модулятора срабатывают после срабатывания компаратора при поступлении очередного тактового импульса. На рис. 3г,д первые два периода напряжения интегратора равны 5t. В связи с задержкой срабатывания формирователей, сопровождаемой непрерывным интегрированием, в интеграторе накапливается избыточный заряд. В результате, очередное срабатывание формирователей происходит на один тактовый импульс раньше, и соответствующий этому срабатыванию период напряжения равен 4t (рис. 3г,д). Среднее значение частоты следования импульсов на интервале трех периодов равно fмод.ср = (3/14)/t = 3fт/14 и пропорцио-нально току iвх = (3/14)I. Режим работы сигма-дельта модулятора с iвх > I/2 (рис. 3б,в) отличается от режима с iвх < I/2. При токе iвх > I/2 заряд в интеграторе возрастает настолько, что последующий разряд не успевает произойти в течение времени, равном t, и сбросить компаратор в исходное состояние. Сброс компаратора произойдет через больший промежуток времени, в результате чего длительность импульса, формируемого в течение времени разряда, будет равна 2t, 3t, ... . На рис. 3б,в показаны напряжение интегратора и последовательность импульсов модулятора при iвх = (11/14)I и, соответственно, при средней частоте fмод.ср = (11/14)/t = 11fт/14.
    На рис. 4а показаны графики средней частоты fмод.ср (прямая линия) и квантованных частот fмод.кв (ступенчатые линии) в зависимости от тока iвх. При iвх = ... I/3, I/2, 2I/3, ... средние частоты равны квантованным, и "ошибка" квантования, соответственно, равна нулю. При других значениях iвх возникает "ошибка" квантования, при которой каждому значению fмод.ср, согласно рассмотренному на рис. 3, соответствуют квантованные значения частоты, чередующиеся в таком соотношении, при котором fмод.ср определяется выражением (1). Например, рассмотренные выше на рис. 2б и показанные также на рис. 4а средние частоты 2fт/5 и 3fт/5 определяются квантованными частотами fт /3, fт/2 и fт/2, 2fт/3 соответственно. При этом "ошибку" квантования можно характеризовать положительной Dfшум+, отрицательной Dfшум- и суммарной Dfшум (Dfшум+ Dfшум-) амплитудами шума квантования.

Рис. 4

    На рис. 4б показан график Dfшум в зависимости от fмод.ср (на горизонтальной оси отложены также значения iвх, которым соответствуют значения частот согласно рис. 4а). Диапазон частот модулятора (частот следования его импульсов) от 0 до fт, а с учетом последующего цифрового преобразования до fт(2N1)/2N. Максимальная амплитуда шума Dfшум = fт/6 в диапазоне частот от fт/3 до 2fт/3, причем максимальная частота шумовой манипуляции равна Fшум = fт/5 на средних частотах модулятора fмод.ср = 2fт/5 и 3fт/5 (при Dfшум+ = fт/10 и fт/15, Dfшум- = -fт/15 и -fт/10, соответственно). При fмод.ср ~ fмод.кв = fт/2, а также при fмод.ср ~ fмод.кв = fт/3 и fмод.ср ~ fмод.кв = 2fт/3 (в пределах от fт/3 до 2fт /3), суммарная амплитуда шума также равна Dfшум = fт/6, но при Dfшум+ ~ Dfшум и Dfшум- ~ 0 (если fмод.ср > fмод.кв) и при Dfшум- ~ -Dfшум и Dfшум+ ~ 0 (если fмод.ср < fмод.кв), причем при частоте шумовой манипуляции Fшум -> 0 (одиночные "выбросы" частоты).
    Дискретизация и цифровой сигнал. Обычно в АЦП квантованию предшествует дискретизация преобразуемого сигнала. Отсчеты берутся в точках дискретизации и являются, соответственно, его мгновенными значениями. В сигма-дельта АЦП последовательность действий изменена. В сигма-дельта модуляторе осуществляется квантование (передискретизация) сигнала с частотой fт, а затем, при цифровом преобразовании, "оформляется" его дискретизация с частотой fд = fт/2N, где N разрядность преобразования. Существенным является то, что отсчеты берутся не в точках дискретизации, а определяются средними значениями частоты следования импульсов на интервалах дискретизации Dtj = 1/fд. Последнее определяет частотную характеристику преобразования, функция которой

a(F/fд) = sin(2pF/fд)/(2pF/fд),    (2)

где F частота модуляции, она же частота преобразуемого сигнала. Согласно (2), на частотах F = 0, fд/8, fд/4, fд/2, где fд/2 предельная частота согласно теореме Котельникова, a(F/fд) = 1, 0,9, 0,64, 0, т. е. наблюдается плавный спад характеристики до нуля, требующий использования более узкого диапазона частот преобразуемого сигнала.
    Для возможности использования диапазона частот до fд/2 может быть применена дополнительная передискретизация с частотой Kfд, при соответственно увеличенной в K раз частоте квантования (на рис. 1а коэффициент K показан в скобках). При этом в (2) вместо fд следует использовать Kfд. Диапазон частот расширяется в K раз, в результате чего частотам до fд /2 будет соответствовать почти равномерный участок частотной характеристики. Степень равномерности будет зависеть от величины K. После преобразования избыточное расширение частотного диапазона ограничивается выходным цифровым фильтром с децимацией отсчетов (рис. 1а).
    В [6] рассмотрен цифровой преобразователь, содержащий N-разрядный счетчик с регистром памяти и делитель частоты тактовых импульсов. Делитель предназначен для получения импульсов дискретизации. Отсчеты импульсов сигма-дельта модулятора, определяемые их совпадением с тактовыми импульсами, подаются на вход счетчика. Импульсы дискретизации управляют работой счетчика и регистра. Разрядные выходы регистра являются выходом цифрового сигнала в параллельном коде.

Рис. 5

    На рис. 5, наряду с тактовыми импульсами (fт), показаны импульсы дискретизации (fд), а также сделана разметка интервалов дискретизации с заполнением их импульсами сигма- дельта модулятора. На каждом интервале дискретизации отсчеты импульсов модулятора, подсчитываемые счетчиком, определяют текущий код цифрового сигнала. Значения кодов записаны на рис. 5 рядом со значениями частот следования импульсов (отсчетов). При работе счетчика в соответствии с (2) осуществляется фильтрация сигнала, при которой подавляются шум квантования, а также высокочастотный шум входного сигнала. Указанную фильтрацию можно объяснить также тем, что результат подсчета импульсов, определяемый их количеством на интервале дискретизации, не зависит от их шумовой частотной манипуляции в пределах интервала. На рис. 5 разрядность показана равной N = 5 (обычно N = 12 и более). Из рисунка следует, что количество импульсов на соседних интервалах будет разным, если частота следования импульсов не кратна частоте дискретизации (отличающийся код соседних интервалов показан в скобках). В этом случае в цифровом коде будет наблюдаться "мерцание" младших разрядов. Среднее значение мерцающих кодов пропорционально преобразуемому аналоговому сигналу. Влияние мерцания на конечный результат может быть снижено увеличением разрядности преобразования.

Рис. 6

    В работах [15] для цифрового преобразования сигнала сигма-дельта модулятора показано применение цифрового фильтра. На рис. 6 приведена возможная схема такого преобразования, где "t" элементы временной задержки, "S" комбинационные полусумматоры, x[n] входной и y1[n], y2[n], y3[n] трехразрядный выходной сигналы. Частота отсчетов может быть равной fт (или Kfт), но это избыточно, и она децимируется до fд. Разрядность преобразования может быть увеличена "наращиванием" схемы с использованием дополнительных выводов x[n-7] и y4[n]. В рассматриваемом преобразователе обеспечивается фильтрация в соответствии с (2). В [1] упоминается фильтр с кубической характеристикой (sina/a)3, обеспечивающей более качественную фильтрацию по сравнению с характеристикой (2) типа sina/a.
    Модуляторы высоких порядков. Рассмотренный выше сигма-дельта модулятор является модулятором 1-го порядка. Для повышения точности преобразования в сигма-дельта АЦП используются модуляторы высоких порядков, обладающие повышенным уровнем шума квантования в области частот за пределами полезного спектра сигнала и, соответственно, пониженным уровнем шума в области спектра [15]. Однако следует учитывать, что модуляторы высоких порядков обладают неравномерной частотной характеристикой, зависимой от постоянных времени интеграторов, входящих в состав модуляторов.
    Сигма-дельта модуляторы 2-го и n-го порядков описываются дифференциальными уравнениями

t1fмод▒(t) + fмод(t) = Kмодiвх(t);

(tn-1...t1)fмод(n-1)(t) + ... + tn-1fмод▒(t) + fмод(t) = Kмодiвх (t),

    где fмод(t) непрерывная функция частоты, представляемая как результат интерполяции дискретных значений fмод.ср(Dtj), а tn-1, ... t1 постоянные времени дополнительных интеграторов, включенных в модуляторе в перечисленной последовательности номеров, (tn-1...t1) их произведение.
    Приведенные уравнения аналогичны дифференциальным уравнениям полиномиальных ФНЧ, в связи с чем в данном вопросе к модуляторам применима теория указанных фильтров. Так, например, модуляторы 3- го порядка, описываемые функцией фильтрации 2-го порядка, характеризуются собственной частотой w0 = 1/Ц(t1t2) и добротностью Q = Ц(t1/t2). При Q = 1/Ц3 и 1/Ц2 реализуются, например, аппроксимации по Бесселю и Баттерворту. Частотные искажения, вносимые указанной фильтрацией, могут быть сведены к минимуму выбором соответствующих w0 и Q.
    Выводы. Сигнал сигма-дельта модулятора это квантованный частотно- модулированный сигнал с шумом квантования, усредняющим частоту модуляции (манипуляции) для обеспечения ее пропорциональной зависимости от входного аналогового сигнала. Точность усреднения тем выше, чем выше разрядность преобразования. Диапазон частот модулятора от 0 до fт(2N1)/2N. Максимальная амплитуда шумовой манипуляции, равная fт/6, в средней области диапазона частот модулятора от fт/3 до 2fт/3, а максимальная частота шумовой манипуляции, равная fт/5, на частотах модулятора 2fт/5 и 3fт/5.
    Последующее цифровое преобразование с частотой дискретизации fд = fт/2N сопровождается , ввиду фильтрующих свойств преобразования, ослаблением преобразуемого сигнала в области его верхних частот. Введение дополнительной передискретизации в сочетании с применяемой цифровой фильтрацией и децимацией обеспечивает выравнивание частотной характеристики преобразования.
    Сигма-дельта модуляторы высоких порядков обладают свойствами полиномиальных ФНЧ, что предъявляет дополнительные требования к параметрам их частотных характеристик.

Литература



НПФ "VD MAIS", Киев
Тел. (044) 227-1356, факс (044) 227-3668
E-mail: vdmais@carrier.kiev.ua
http://www.vdmais.kiev.ua






Ваш комментарий к статье
Взгляд на сигма-дельта АЦП :
Ваше имя:
Отзыв: Разрешено использование тэгов:
<b>жирный текст</b>
<i>курсив</i>
<a href="http://site.ru"> ссылка</a>