Az analóg jelek digitalizálása, az ADC-k típusai működésük.

Az előadások a következő témára: "Az analóg jelek digitalizálása, az ADC-k típusai működésük."— Előadás másolata:

1 Az analóg jelek digitalizálása, az ADC-k típusai működésük.
Bende Mihály DE-IK PTM

2 Az analóg jelek digitalizálása
Amiről szó lesz: Analóg jel Diszkrét idejű jel Diszkrét amplitúdójú jel Digitális jel A digitalizálás

3 Analóg jelek Az analóg jel egy adott tartományon belül bármilyen értéket felvehet. A jel értelmezési tartománya(az idő) és értékkészlete is folytonos(analóg).

4 Diszkrét idejű jelek A jel értelmezési tartománya diszkrét, értékkészlete folytonos.

5 Diszkrét amplitúdójú jelek
A jel értelmezési tartománya folytonos, értékkészlete diszkrét.

6 Digitális jelek A jel értékkészlete és értelmezési tartománya is diszkrét. Ezen tartományon belül csak diszkrét értékeket vehet fel. A digitális jelek egyik fajtája a bináris jel, amelynek értékkészlete két elemet tartalmaz: 0,1.

7 A digitalizálás Lépések:
Mintavételezés: az adott időpillanatban az analóg jel értékével megegyező értékkel helyettesítjük a jelet.

8 Kvantálás: végessok lehetséges értékre szűkíti a mintavételezéssel nyert értékeket

9 Kódolás: a kvantálás által előállított végessok értékhez bináris kódokat kell rendelni (technikák: PCM, DPCM, EPCM stb.) Pulzus kód moduláció, Differenciális pulzus kód moduláció, előrejelzéses pulzus kód moduláció

10 A mintavételezés szabályai
A Shannon törvény( C. E. Shannon(1949) ): A mintavételi fmv frekvencia legalább kétszeresen legyen az analóg jel legnagyobb szinuszos összetevőjénél: Fmv >= 2*fmax A gyakorlatban legtöbbször a tízszeres mintavételi frekvencia megfelelő eredményt ad: Fmv = 10*fmax

11 És lássuk az egészet egyben:
1 bites bináris szavak (binarizálás)

12 Kérdések?

13 Az ADC-k típusai működésük

14 Analóg/digitál átalakítók csoportosítása

15 Közvetlen A/D átalakítók
A közvetlen átalakítók az analóg jelből azonnal digitális kódot képeznek. Típusai: Párhuzamos átalakító Kétoldali közelítéses Számlálós

16 Párhuzamos átalakító A leggyorsabb, de egyben a legdrágább átalakító.
Digitális, tárolós oszcilloszkópokban használják. Az átalakítás egy órajel alatt megtörténik, de ehhez 2N számú komparátor áramkör szükséges. (pl. 10 bites átalakítónál 1024 darab).

17 3 bites kód, 7 komparátor áramkör

18 Kétoldali közelítéses (Successive Approximation)
Az egyik legelterjedtebb átalakító a számítógépes mérésadatgyűjtő berendezésekben. Az átalakítást a számítógép kezdeményezheti egy START jellel. Az átalakítás befejeződését az átalakító End of Conversion (EOC) jellel jelzi a számítógép felé.

19 Előállít egy referenciát, majd mezt változtatgatja, hosszabb idejű az átalakítás, de

20

21 Közvetett A/D átalakítók
Ezek az átalakítók az analóg jelből egy paraméter (pl. idő, frekvencia, villamos töltés stb.) közbeiktatásával, két lépésben készítik el a digitális kódot. Típusai: Kétszeresen integráló átalakító Mintavevő-tartó áramkörök

22 MCA-k és ADC-k kapcsolata
MCA = MultiChannel Analyzer (sokcsatornás analizátor) Az MCA-kat felváltották az ADC-k (A nagy instabilitása miatt kiszorították)

23 A modern MCA-k többfunkciós, összetett eszközök, melyek fő komponensei:
ADC Memória Kijelző Stb.

24 Az ADC-k illetve az MCA-k fő jellemzői
Integrális nonlinearitás: az impulzusamplitúdó és a csatornaszám közötti eltérést jelenti az ideálistól (megengedett 1%) Csatornaszám: az alkalmazandó csatornaszámot elsősorban az adott detektor energia-felbontóképessége és a mérendő energiatartomány szabják meg

25 Konverziós tartomány: az az impulzusamplitúdó-tartomány amit az MCA elfogad
Konverziós csatornaszám: az MCA maximális csatornaszáma (amire az ADC teljes bemenete felosztható) Alsó és felső diszkriminációs szintek(LLD és ULD): az ADC-ben egy lineáris kapu, segítségével a spektrum kis- ill. nagyenergiájú „végei” levághatók (zajok, kozmikus sugárzás stb.)

26 Holtidő (DT – Dead Time): az ADC-k egy időben egy analóg impulzust képesek feldolgozni (elvesznek impulzusok) Memória kapacitás: az egy csatornában tárolható maximális impulzusszám (maiak: 232-1)

27 Kérdések?

28 Programozható logikai vezérlők
(Programmable Logical Controller, PLC) Ez már back up slide!!!!!!!!!!!!!!!!!

29 PLC: az ipari szabályozások, illetve vezérlések megvalósítására elterjedten alkalmazott ipari kivitelű mikroszámítógép a PLC nem operációs rendszerrel, hanem firmware-rel rendelkezik a PLC-k vezérlőszoftverét magán a PLC-n nem lehet fejleszteni.

30 Egy PLC rendszerben az alábbi egységeket találhatjuk meg:
• Központi feldolgozó egység (CPU), • Tápegység, • Bemeneti és kimeneti egységek (I/O), • Intelligens egységek, • Kommunikációs egységek.

31 És most már tényleg vége 
(Elfogyott a back up slide is…)