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 „1М/а3ш — 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
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.