Zaloguj się
Wszystkie
13 czerwca 2022
1031
O przetwornikach delta-sigma czy sigma-delta słyszał na pewno każdy elektronik, a wielu z nich nawet zastosowało je w swoich projektach. Dobierając przetworniki zwykle rozpatrujemy najpierw ich parametry, takie jak maksymalna częstotliwość próbkowania, rozdzielczość, dynamika, szumy, liniowość itp., nie zastanawiamy się natomiast nad zasadą działania. Postępowanie takie jest poniekąd słuszne, bo jeśli dany przetwornik spełnia nasze wymagania, to informacja o tym, na jakiej zasadzie działa jest w sumie nieistotna. Trudno, abyśmy analizowali budowę wewnętrzną każdego elementu używanego do budowy urządzeń. Owszem, taka wiedza jest przydatna, gdyż na podstawie tylko samych danych katalogowych czasami nie jest możliwe określenie np. ograniczeń danego podzespołu wynikających z jego konstrukcji i zasady działania. W dalszej części przyjrzymy się bliżej bardzo popularnemu przetwornikowi analogowo-cyfrowemu typu sigma-delta.
Próbkowanie i kwantyzacja
Przetwarzanie analogowo-cyfrowe to proces polegający na zamianie analogowego sygnału wejściowego, np. napięcia, na dyskretne wartości cyfrowe. Dyskretne, czyli takie, które stanowią skończony, policzalny zbiór wartości. Dyskretyzacji podlega zarówno czas, jak i poziom sygnału. W literaturze opisującej zagadnienia związane z przetwarzaniem sygnałów spotykamy się z dwoma charakterystycznymi dla tego procesu pojęciami: próbkowaniem i kwantyzacją. Próbkowanie to pobieranie wartości chwilowych sygnału w określonych, najczęściej stałych odstępach czasu. W wyniku kwantyzacji każdej próbce nadawana jest konkretna, jednoznaczna wartość liczbowa opisująca chwilową wartość sygnału w momencie próbkowania (rysunek 1). Liczba takich wartości jest zależna od rozdzielczości przetwornika. Jest to zwykle wielokrotność liczby 2.
Spotykamy się często z określeniem, że jakiś przetwornik jest n-bitowy. Oznacza że uzyskiwane z niego wartości przybierają 2n poziomów. Przykładowo, w 3-bitowym przetworniku uzyskujemy 8 poziomów (od 0 do 7), tak jak to pokazano na rysunku 1. Jest to dość oczywisty i naturalny opis procesu próbkowania. Osobną kwestią pozostaje natomiast metoda przypisywania wartości liczbowej każdej próbce, ale nie będziemy się tu zajmować tym zagadnieniem. Przyjmujemy zatem, że mamy na przykład jakiś n-bitowy rejestr z wyjściami równoległymi, do którego są wpisywane kolejne wartości próbek zbieranych w takt specjalnego zegara. W ustalonych odstępach czasu uzyskujemy więc pełną informację o wartości sygnału w chwili próbkowania. Cyfrowa postać takich danych nadaje się świetnie na przykład do zapisywania ich w pamięci, a także do niemal dowolnej obróbki przez jakiś procesor. Powstaje jednak pytanie czy konieczne jest przekazywanie pełnej informacji o wartości każdej próbki? Można wyobrazić sobie na przykład metodę, w której przekazywana jest jedynie różnica wartości kolejnych próbek. Taka koncepcja mogłaby teoretycznie uprościć przesyłanie danych z przetwornika do układu nadrzędnego, np. do procesora. Czy jest to dobry tok myślenia, przeanalizujemy w dalszej części artykułu.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
