Основы построения радиолокационных станций радиотехнических войск, страница 92

Амплитудное распределение шума квантования зависит оттого, какой способ приближения используется при квантовании: округ­ление или усечение.

При округлении выходные уровни выбираются равными середи­не интервалов, т. е. икв { = (a; -f- «*fi)/2, а при усечении — бли­жайшим меньшим уровням квантования. Дисперсия шума кванто­вания для обоих случаев одинакова я шетааляет

 (16.2)

Для уменьшения шума квантования, как видно из (16.2), необ­ходимо уменьшать шаг квантования. При заданном динамическом диапазоне входных сигналов О это можно осуществит!, путем уве­личения числа уровней квантования, определяемого при равномер­ном квантовании очевидным выражением

(16.3) 319

Число уровней, в свою очередь, определяет разрядность преоб­разования. При двоичном кодировании число разрядов т связано с числом уровней квантова71ия р соотношением

 (16.4)

где        ]а{ — ближайшее целое, не меньше а.

При увеличении числа разрядов возрастает точность представ­ления сигналов. Объективной мерой этой точности может служить отношение мощности сигнала к мощности шумов квантования. По­скольку обеспечение большей точности связано с усложнением уст­ройства обработки, то шаг квантования (число уровней квантова­ния) выбирается исходя из разумного компромисса с учетом ха­рактера решаемых задач, но в любом случае он не должен пре­вышать среднего квадратического значения собственного шума приемника 0Щ.

При обнаружении сигналов на фоне собственных шумов число уровней квантования определяется допустимыми потерями в отно­шении сигнал—шум и сложностью аппаратурной реализации циф­рового обнаружителя.

При пекогерентной обработке сигналов можно ограничиться бинарным квантованием, а при когерентной—трехуровневым. По­тери по сравнению с многоуровневым квантованием прп этом не превышаю! 2,5 дБ, а техническая реализация обнаружителей су­щественно упрощается.

Уровень (порог) квантования выбирается из условия обеспече­ния заданной вероятности ложной тревоги по одному импульсу пачки. Например, при пекогерентпой обработке

 (16.5)

Значения сигнала, превышающие уровень квантования, представ­ляются логической единицей (при когерентном обнаружении со1 знаком + или —), а не превышающие — логическим нулем.

При обнаружении сигналов на фоне маскирующих пассивных

помех сетка уровней квантования должна равномерно перекрывать весь динамический диапазон приемника D, При шаге квантования Н = ош число уровней в соответствии с (16,3)

а разрядность преобразования с учетом (16.4}

 (16.6)

Поскольку величина некомпенсированных остатков помех не может превышать уровень шумов, максимальное значение коэффи­циента подавления Дпп = Рпшах/Рш = и-l „3ш D2 или в де­цибелах: Кгт = 20 \g D.

зго

С учетом (16.6) нетрудно получить практически удобный по­казатель—число децибел подавления на один разряд преобразо­вания:

(16.7)

16.3.4, Параметры АЦП

К основным параметрам АЦП относятся [52]: динамический диапазон;

частота преобразования (дискретизации) Рд (период днекрет'п зации — Гд);

время преобразования; разрешающая способность; погрешность преобразования.

Динамический диапазон АЦП определяется отношением макси­мального сигнала к среднему квадратическому значению шумов квантования.

Для ндеалького т-разрядного АЦП с нормализованным к еди­нице максимальным значением динамический диапазон, выражен­ный в децибелах:

Из-за несовершенства отдельных элементов преобразователя, ухода параметров в зависимости от времени, температуры, неста­бильности источников питания и т. д. характеристики квантования реальных АЦП отличаются от идеальных, что является причиной появления дополнительных шумов. Если их выразить через шумы квантования, т. е. считать, что Одои = £окв (I > 0), то динамичес­кий диапазон реальных ЛЦП

Наличие дополнительных шумов приводит к потерям динамичес­кого диапазона. Например, при 1= 1, когда стД1Ш = от, отноше­ние сигнал—шум на выходе реального АЦП уменьшается па 3 дБ.

При Сдоц = /2 Ока потери составляют 6 дБ, что практически озна­чает потерю младшего разряда. Отсюда следует, что если допол­нительные шумы имеют тот же порядок, что и шумы квантова­ния, то увеличивать разрядность АЦП бессмысленно. Это обуслов­ливает трудности создания многоразрядных АЦП, поскольку с уменьшением шумов квантования доля дополнительных шумов возрастает.

Частота преобразования (дискретизации) Рд — это частота, с
которой происходит образование выборочных значений сигнала.
Она определяет требование к быстродействию АЦП и должна вы­
бираться в соответствии с соображениями, рассмотренными в
16.3,1...
21. Зак. 88.                                                                                       831

Время преобразования i-щ, — это время от начала импульса дискретизации (качала преобразования) до появления на выходе АЦП устойчивого кода, соответствующего выборке входного сиг­нала. При работе бел устройств выборки и запоминания оно оп­ределяет достижимую частоту дискретизации.

Разрешающая способность— это способность АЦП различать два значения входного сигнала. Определяется количеством раз­личных кодовых комбинаций на выходе АЦП и выражается либо в битах (число разрядов), либо как динамический диапазон в де­цибелах.

Погрешность преобразования обусловлена эффектом квантова­ния и отличием реальной характеристики квантования от идеаль­ной. В качестве меры ее оценки может служить мощность шумов квантования реальных АЦП.

Следует отметить, что параметры АЦП взаимосвязаны друге другом и являются результатом компромисса между различными противоречивыми требованиями: точностью и быстродействием, точностью и сложностью, быстродействием и стоимостью. Этим объясняется и большое многообразие практических схем АЦП.

16.3.5. Типы АЦП

По способу преобразовании выборочных значений сигнала в цифровые эквиваленты все АЦП могут быть сведены в три класса: последовательные, параллельные и последовательно-параллель­ные.

Принцип действия последовательных АЦП основан на процеду­ре последовательного приближения цифрового эквивалента к пре­образуемой величине, которая может быть реализовала с помощью единичных или двоично-взвешенньк  приближений.   Структурная