Конвертер сигнала в цифровой эфир: Mini Converters | Blackmagic Design

статьи, оценки, аналитика мирового финансового рынка, котировки валют и котировки акций в реальном времени на finanz.ru

Основные биржевые котировки

Индекс ММВБ	4 189,66	0,00%	02:59:59
Индекс PTC	1 880,37	-0,58%	18:50:00
DOW. J	35 732,80	0,01%	22:59:02
NAS100	15 785,10	0,04%	22:59:02
S&P 500	4 597,28	0,02%	22:59:02
NIKKEI	28 918,60	0,34%	22:59:02
DAX	15 683,20	-0,08%	22:59:02
ESTX50	4 232,00	-0,04%	22:59:02
EUR/RUB	82,0675	-0,08%	21:14:10
USD/RUB	70,2087	-0,14%	21:27:17
CHF/RUB	76,9978	-0,15%	21:36:01
GBP/RUB	96,8388	-0,16%	22:02:14
BTC/USD	60 537,63	-0,51%	01:55:58
BCC/USD	579,3535	-0,57%	01:55:58
ETH/USD	4 252,80	-0,12%	01:55:58
Золото	1 798,50	0,00%	22:59:02
Серебро	24,01	-0,12%	22:59:02
Медь	4,43	-99,95%	22:59:02
Нефть	83,98	1,89%	22:59:02

Два основных производителя кислорода в Украине на пике пандемии прекратили работу

22 октября, Минск /Корр. БЕЛТА/. В Украине прекратили работу два основных производителя кислорода. Министерство здравоохранения в срочном порядке ищет альтернативные источники поставок кислорода. Об этом заявил замминистра здравоохранения — главный санврач Игорь Кузин в эфире телеканала Рада, сообщает информационный портал News.liga.

Он пояснил, что одна из особенностей дельта-штамма коронавируса заключается в том, что у пациентов гораздо более высокая потребность в кислороде по сравнению с обычным течением. «Действительно, мы видим, что нагрузка на кислород сейчас возрастает просто в разы», — сказал Кузин. По его словам, в некоторых областях возникают проблемы с обеспечением кислородом пациентов с COVID-19.

По словам главного санврача, пока существенного дефицита кислорода нет. В Минздраве надеются, что они найдут альтернативных поставщиков и решат проблему с адекватным обеспечением кислородом.

За прошедшие сутки в Украине были зарегистрированы 23 785 новых случаев заражения COVID-19, что стало максимумом с начала пандемии, 614 пациентов умерли от осложнений заболевания.

По данным Университета Хопкинса, с начала пандемии в Украине зафиксировано 2 827 388 случаев заражения COVID-19, умерли 66 447 человек. Вакцинировано двумя дозами препарата более 6,8 млн жителей страны.-0-

каким будет возмездие России после ядерного удара — Рамблер/субботний

Уже больше тридцать лет на страже России, не выключаясь ни на секунду, стоит оборонительная система “Периметр”. Десятки тысяч датчиков, как нервные клетки человеческого организма, разбросаны по всей стране, тысячи ракет дремлют в шахтах, а радарные установки озирают весь мир, передавая данные на циферблаты и экраны, установленные в штабах и командных центрах, где круглосуточно несут дежурство офицеры.

Если место, где стоят часовые возле Могилы Неизвестного Солдата и Вечного огня у Кремля называется Пост №1, то “Периметр” — это, определенно, Пост №0.

Как говаривал Дикий прапор — персонаж Сергея Арцибашева в фильме “ДМБ”: “Отсюда, ребятки, наша Родина диктует свою непреклонную волю остальному мировому сообществу”.

Суть системы до ужаса проста: если на Россию будет совершено массовое ядерное нападение и всё военное командование и политическое руководство в одночасье будут уничтожены, то все оставшиеся ракеты (а их останется несколько сот, даже при ликвидации большей части пусковых шахт и установок) будут автоматически запущены в сторону напавшего противника, и на нашей планете наступит ядерный Армагеддон.

Оружие настолько страшное, что один только факт его наличия сразу исключает крупномасштабные военные действия с применением ядерного оружия. Американцы прозвали эту систему “Мертвая рука” (“Dead Hand”).

Главная военная тайна России была разработана в начале 1980-х годов, а испытание системы прошло 13 ноября 1984 года. Причиной для ее создания послужили донесения советских разведчиков, в которых сообщалось о том, что в военная стратегия США предусматривает войну с СССР посредством массированного ядерного удара по военным командным центрам и пунктам политического управления. В целях гарантированного возмездия было решено разработать новейшую оборонительную систему.

Работает “Периметр” следующим образом: благодаря тысячам датчиков, о которых мы уже упомянули выше, по всей стране непрерывно ведется мониторинг обстановки: сейсмической, радиационной, а также в сфере радиосвязи и других областях, которые позволяют фиксировать ядерные удары. Если пропадает связь с Генштабом и президентом, то подается команда на пуск.

Связь с главой государства происходит через компьютер, который постоянно находится при нем — так называемый ядерный чемоданчик. А связь с военным командованием поддерживается через специальные радиопередатчики, которые постоянно подают условный сигнал, как, например, это делает с начала 1980-х коротковолновая радиостанция на частоте 4625 кГц, известная среди радиолюбителей как “Жужжалка”.

За всю историю их наблюдений за ней ее обычный белый шум с тоновыми сигналами нарушался всего несколько раз — в эфире звучал голос, по-русски передающий зашифрованные цифровые и буквенные коды, а также голосовые команды.

По слухам, уникальность системы заключается в том, что решение о запуске может быть принято в автоматическом режиме, впрочем, есть слухи и прямо противоположные, а так как это военная тайна за семью печатями, то быть уверенным наверняка невозможно.

После решения о старте из суперзащищенных шахт вылетают специальные гиперскоростные ракеты. Но летят они не на врага, а по территории страны, постоянно передавая закодированный сигнал на все оставшиеся пусковые устройства. Как только сигналы от этих гонцов достигают ядерных ракет, происходит их автоматический запуск.

Чтобы было до конца понятно, Россия — ядерная триада. Это означает, что ракеты стартуют не только из шахт на земле и с подвижных ракетных комплексов, но и со стратегических ракетоносцев Ту-160, которые круглосуточно несут дежурство в небе, с атомных подводных лодок типа “Борей”, которые могут находиться в любой части Мирового океана, и с беспилотных подводных аппаратов. Боевым компонентом «Периметра» является самая мощная в мире баллистическая ракета «Воевода».

Во времена холодной войны ученые СССР и США подсчитали, какие потери понесут страны в случае взаимной ядерной атаки. Уже тогда цифры пугали — в Союзе должны были погибнуть порядка 100 миллионов человек, в США — 80 миллионов человек. Но военная мысль не стоит на месте: остальные страны — обладательницы ядерного оружия — тоже создали для себя аналогичные системы “оружия судного дня”. Так что, учитывая прогресс технологической мысли последних десятилетий, ядерная война в современных реалиях повлечет куда большее количество жертв. Проще говоря, после применения атомного оружия не будет ни победителей, ни проигравших, ибо погибнут все. А это лишает военный конфликт с Россией всякого смысла.

Семь шагов к успешному преобразованию аналого-цифрового сигнала (расчет шума для правильного формирования сигнала)

Для высокоточных приложений требуется хорошо спроектированный аналоговый интерфейс с низким уровнем шума для получения наилучшего отношения сигнал / шум, что требует осознанного подхода к выбору АЦП для полного и точного захвата сигналов датчиков. Компоненты поддержки, такие как операционные усилители драйверов и эталоны, выбираются для оптимизации общих характеристик схемы.

Реальные сигналы, такие как вибрация, температура, давление и свет, требуют точной обработки сигнала и преобразования сигнала перед дальнейшей обработкой данных в цифровой области.Чтобы преодолеть многие проблемы в современных высокоточных приложениях, необходим хорошо спроектированный малошумящий аналоговый входной каскад для получения наилучшего отношения сигнал / шум.

При разработке аналогового интерфейса выполните следующие семь шагов:

1. Опишите электрический выход датчика или секции, предшествующей блоку усиления.
2. Рассчитайте требования к АЦП.
3. Найдите оптимальное опорное напряжение АЦП + для преобразования сигнала.
4. Найдите максимальное усиление и определите критерии поиска для операционного усилителя.
5. Найдите оптимальный усилитель и спроектируйте блок усиления.
6. Сравните общий уровень шума решения с целью проекта.
7. Запустите моделирование и подтвердите.

Шаг 1: Опишите электрический выход датчика или секции, предшествующей блоку усиления

Сигналы могут поступать непосредственно от датчика или могут проходить через фильтры EMI и RFI до блока усиления. Чтобы спроектировать блок усиления, необходимо знать характеристики сигнала по переменному и постоянному току и доступные источники питания.Знание характеристик сигнала и уровня шума дает представление о том, какой диапазон входного напряжения и уровни шума могут понадобиться при выборе АЦП. Предположим, что у нас есть датчик, который выдает сигнал 10 кГц с полной амплитудой 250 мВ размах (88,2 мВ среднеквадр.) И шум 25 мкВ размах. Предположим также, что в нашей системе имеется источник питания 5 В. Обладая этой информацией, мы сможем рассчитать отношение сигнал / шум на входе АЦП на шаге 2. Чтобы упростить обработку данных и путаницу, предположим, что мы разработали это решение для работы при комнатной температуре.

Шаг 2: Рассчитайте требования к АЦП

Какой тип АЦП, какая частота дискретизации, сколько битов и какие характеристики шума нам нужны? Зная амплитуду входного сигнала и информацию о шуме из шага 1, мы можем вычислить отношение сигнал / шум (SNR) на входе блока усиления. Нам нужно выбрать АЦП с лучшим соотношением сигнал / шум. Знание SNR поможет нам рассчитать эффективное количество бит (ENOB) при выборе АЦП. Это соотношение показано в следующих уравнениях.И SNR, и ENOB всегда указываются в любом хорошем листе данных АЦП. В этом примере требуемый SNR 86,8 дБ и 14,2-битный ENOB вынуждают нас выбрать 16-битный аналого-цифровой преобразователь. Кроме того, критерий Найквиста гласит, что частота дискретизации fs должна быть как минимум в два раза больше максимальной входной частоты fin, поэтому будет достаточно АЦП на 20 kSPS.

Затем нам нужно разработать общее решение с плотностью шума, не превышающей 416 нВ / √Гц. Таким образом, шум схемы преобразования сигнала составляет 1/10 входного шума.

Рисунок 1. Типичная цепочка преобразования сигнала.

Шаг 3: Найдите оптимальное опорное напряжение АЦП + для преобразования сигнала

Имея под рукой набор критериев поиска, есть много способов найти АЦП, который соответствует требованиям. Один из самых простых способов найти 16-битный АЦП — воспользоваться поисковой системой на сайте производителя. При вводе разрешения и частоты дискретизации предлагается несколько вариантов.

Многие 16-битные АЦП указывают 14.5 бит ENOB. Если вы хотите улучшить шумовые характеристики, используйте передискретизацию, чтобы увеличить значение ENOB до 16 бит (n-битное улучшение получается из передискретизации 4 ⁿ ). При передискретизации можно использовать АЦП с более низким разрешением: 12-битный АЦП с передискретизацией 256 (4 ⁴ передискретизация) даст 16-битные шумовые характеристики. В нашем примере это означает 12-битный АЦП с частотой дискретизации 5,126 МГц (20 kSPS × 256). Или 14-битный АЦП с передискретизацией 4 ² ; или 1,28 MSPS может быть лучше.Однако они стоят столько же, сколько и 16-разрядный АЦП AD7685, 250 kSPS.

16-разрядный АЦП PulSAR ^® AD7685 выбран из списка. Этот преобразователь имеет отношение сигнал / шум 90 дБ и частоту дискретизации 250 kSPS в соответствии с нашими требованиями. Прецизионные источники опорного напряжения XFET ^® ADR421 / ADR431 рекомендуются для использования с этим АЦП. Диапазон входного напряжения 2,5 В превышает наши входные характеристики 250 мВ (размах).

Рисунок 2. Типовая таблица выбора АЦП.

Вход опорного сигнала AD7685 имеет динамическое входное сопротивление, поэтому его следует развязать с минимальными паразитными индуктивностями, поместив керамический разделительный конденсатор рядом с контактами и соединив его с широкими дорожками с низким сопротивлением. Керамический чип-конденсатор емкостью 22 мкФ обеспечит оптимальную производительность.

Шаг 4: Найдите максимальное усиление и определите критерии поиска для ОУ

Знание диапазона входного напряжения АЦП поможет нам при разработке блока усиления. Чтобы максимизировать наш динамический диапазон, нам нужно получить максимально возможное усиление с данным входным сигналом и входным диапазоном АЦП.Это означает, что мы можем спроектировать наши блоки усиления так, чтобы для данного примера коэффициент усиления был равен 10.

Хотя AD7685 прост в управлении, драйверный усилитель должен отвечать определенным требованиям. Например, шум, создаваемый драйверным усилителем, должен быть как можно более низким, чтобы сохранить характеристики отношения сигнал / шум и переходного шума AD7685, но помните, что блок усиления усиливает и сигнал, и шум вместе. Чтобы поддерживать одинаковый уровень шума до и после блока усиления, нам нужно выбрать усилитель и компоненты, которые имеют гораздо более низкий уровень шума.Драйвер также должен иметь характеристики THD, соизмеримые с AD7685, и должен устанавливать шаг полной шкалы в конденсаторной матрице АЦП на уровне 16 бит (0,0015%). Шум, исходящий от усилителя, может быть дополнительно отфильтрован внешним фильтром.

Какой допустимый уровень шума на входе операционного усилителя? Помните, что нам необходимо разработать комплексное решение, плотность шума которого не превышает 416 нВ / rt-Гц. Мы должны разработать блок усиления, который имеет гораздо более низкий уровень шума, скажем, в 10 раз, поскольку мы увеличиваем его в 10 раз.Это гарантирует, что шум от усилителя будет намного меньше минимального уровня шума датчика. Чтобы вычислить запас по шуму, мы можем грубо предположить, что шум на входе операционного усилителя — это общий шум операционного усилителя плюс шум АЦП.

Шаг 5: Найдите лучший усилитель и спроектируйте блок усиления

Первым порядком выбора операционного усилителя после определения ширины полосы входного сигнала является выбор операционного усилителя, который имеет приемлемое произведение коэффициента усиления и ширины полосы пропускания (GBWP) и который может обрабатывать этот сигнал с минимальным количеством ошибок постоянного и переменного тока. Чтобы получить наилучшее произведение коэффициента усиления на полосу пропускания, требуются ширина полосы сигнала, коэффициент усиления шума и ошибка усиления. Все эти термины определены ниже. В качестве ориентира выберите усилитель с полосой усиления, превышающей полосу пропускания входного сигнала более чем в 100 раз, если вы хотите, чтобы ошибка усиления не превышала 0,1%. Кроме того, нам нужен усилитель, который быстро настраивается и имеет хорошие приводные характеристики. Помните, что наш баланс шума требует, чтобы общий шум на входе операционного усилителя был менее 40,8 нВ / √Гц, в то время как АЦП указывает 7.9 нВ / √Гц. Подводя итог критериям поиска для операционного усилителя: UGBW> 1 МГц, одиночный источник питания 5 В, хорошие характеристики шума напряжения, шума тока и THD, низкие ошибки постоянного тока, чтобы не ухудшать характеристики АЦП.

Используя аналогичный подход к поиску АЦП, для нашего примера выбран AD8641. Маломощные прецизионные входные усилители с полевыми транзисторами на полевых транзисторах AD8641 отличаются чрезвычайно низким входным током смещения и выходом типа rail-to-rail, который может работать с источниками питания от 5 В до 26 В. Соответствующие характеристики приведены в таблице ниже.Мы можем настроить операционный усилитель в неинвертирующей конфигурации со значениями компонентов, указанными в таблице.

Рисунок 3. Полное решение.

Все активные и пассивные компоненты генерируют собственные шумы, поэтому важно выбирать компоненты, которые не снижают производительность. Например, расточительно покупать малошумящий операционный усилитель и окружать его большими резисторами. Помните, что резистор сопротивлением 1 кОм имеет шум 4 нВ.

Как упоминалось ранее, между АЦП и этим блоком усиления можно использовать дополнительный RC-фильтр, который должен помочь в сужении полосы пропускания и улучшении отношения сигнал / шум.

Шаг 6. Сравните общий уровень шума решения с вашими проектными целями

Чрезвычайно важно хорошо понимать все источники ошибок в разработанной схеме. Чтобы достичь наилучшего отношения сигнал / шум, нам нужно написать общее уравнение шума для вышеуказанного решения. Это показано в уравнении ниже.

Мы можем рассчитать общий шум на входе операционного усилителя и убедиться, что он меньше 41.6 нВ / √Гц, как мы и планировали.

Чтобы проинтегрировать общий шум по всей полосе пропускания, мы можем увидеть, что общий шум на входе АЦП по полосе пропускания фильтра составляет 3,05 мкВ, что меньше требуемого в нашей конструкции 4,16 мкВ. Низкочастотный шум (1 / f) в этом случае игнорируется, поскольку граничная частота AD8641 ниже 100 Гц.

Поддержание хорошего отношения сигнал / шум требует внимания к шуму каждого элемента на пути прохождения сигнала и хорошей компоновки печатной платы.Избегайте прокладки цифровых линий под любым АЦП, потому что они создают помехи на кристалле, если только заземляющая пластина под АЦП не используется в качестве экрана. Сигналы быстрого переключения, такие как CNV или часы, никогда не должны проходить рядом с трактами аналоговых сигналов. Следует избегать кроссовера цифровых и аналоговых сигналов.

Шаг 7. Запустите моделирование и подтвердите

Использование макромоделей PSpice, загружаемых с сайта ADI, может быть хорошей отправной точкой для проверки любой схемы. Быстрое моделирование показывает полосу пропускания сигнала, для которой мы разработали наше решение.На рисунке 4 показан отклик до и после дополнительного RC-фильтра на входе AD7685.

Рисунок 4. Моделирование полосы пропускания схемы на рисунке 3.

Как показано на рисунке 5, общий выходной шум в полосе пропускания 10 кГц близок к среднеквадратичному значению 31 мкВ. Это меньше проектного целевого значения 41 мкВ среднеквадратического значения. Необходимо создать стендовые прототипы, и все решение должно пройти валидацию перед запуском в производство.

Рис. 5. Моделирование шумовой реакции схемы на рис. 3.

Сводка

В современных конструкциях с низким энергопотреблением и экономичностью многие системы не могут позволить себе самые дорогие детали и не могут позволить себе более высокое энергопотребление деталей с низким уровнем шума. Чтобы достичь минимального уровня шума и наилучших характеристик схемы преобразования сигнала, разработчики должны понимать источники шума на уровне компонентов. Поддержание хорошего отношения сигнал / шум требует внимания к шуму каждого элемента на пути прохождения сигнала. Следуя вышеуказанным шагам, можно успешно обработать слабый аналоговый сигнал и преобразовать его с помощью АЦП очень высокого разрешения.

использованная литература

1. Примечание по применению AN-202, Руководство пользователя усилителя IC по развязке, заземлению и исправлению положения при изменении . Аналоговые устройства.

2. Рекомендации по применению AN-347, Как исключить помехи типа помех, что делать и зачем это делать — рациональный подход . Аналоговые устройства.

3. Барроу Дж. И А. Пол Брокоу. 1989. «Заземление для низко- и высокочастотных цепей», Аналоговый диалог .(23-3) Аналоговые устройства.

4. Семинар: Оптимизация шума в схемах формирования сигналов датчиков, Часть 1.

5. Семинар: Оптимизация шума в схемах формирования сигналов датчиков, Часть 2.

АЦП и ЦАП ＜ Что такое АЦП и ЦАП? ＞ | Основы электроники

ЦАП

преобразуют цифровые сигналы в аналоговый формат.

Цифровые данные:

Равномерно расположенные прерывистые значения

Дискретно по времени, дискретно количественно

Аналоговые данные (природные явления):

Непрерывный диапазон значений

Непрерывно во времени, непрерывно количественно

Аналого-цифровые преобразователи

Аналого-цифровой преобразователь — это устройство, которое преобразует аналоговые сигналы (обычно напряжение), полученные от внешних (физических) явлений, в цифровой формат.

Преобразование включает в себя серию шагов, включая дискретизацию, квантование и кодирование.

Требования к A / D и D / A

Сложная электрическая и высокоскоростная обработка выполняется в цифровом виде в ЦП и ЦСП.

Природные явления преобразуются в цифровые сигналы с помощью аналого-цифрового преобразователя для цифровой обработки сигналов, а затем преобразуются обратно в аналоговые сигналы с помощью цифро-аналогового преобразователя.

Достижения в области микротехнологий → Оцифровка обработки сигналов
→ Требуются аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи

Приложения для аналого-цифрового преобразователя

Цифровое аудио:

Цифровые аудио рабочие станции, звукозапись, кодо-импульсная модуляция

Цифровая обработка сигналов:

ТВ-тюнеры, микроконтроллеры, цифровые запоминающие осциллографы

Научных приборов:

Системы цифровой визуализации, радиолокационные системы, датчики температуры

Применение цифро-аналогового преобразователя

Цифровое аудио ：

CD, MD, 1-битный звук

Цифровое видео ：

DVD, цифровой фотоаппарат

Коммуникационное оборудование ：

Смартфоны, ФАКС, ADSl оборудование

шт. ：

Аудио, видеокарты

Измерительные приборы ：

Программируемые блоки питания и т. Д.

Основные операции цифро-аналогового преобразователя

Цифро-аналоговый преобразователь принимает точное число (чаще всего двоичное число с фиксированной точкой) и преобразует его в физическую величину (например, напряжение или давление). Цифро-аналоговые преобразователи часто используются для преобразования данных временных рядов конечной точности в постоянно изменяющийся физический сигнал.

Идеальный цифро-аналоговый преобразователь принимает абстрактные числа из последовательности импульсов, которые затем обрабатываются с использованием формы интерполяции для заполнения данных между импульсами.Обычный цифро-аналоговый преобразователь помещает числа в кусочно-постоянную функцию, состоящую из последовательности прямоугольных функций, которая моделируется с удержанием нулевого порядка.

Цифро-аналоговый преобразователь восстанавливает исходные сигналы таким образом, чтобы его полоса пропускания соответствовала определенным требованиям. При цифровой выборке возникают ошибки квантования, которые создают шум низкого уровня, который добавляется к восстановленному сигналу. Минимальная амплитуда аналогового сигнала, которая может вызвать изменение цифрового сигнала, называется младшим значащим битом (LSB), а ошибка (округления), возникающая между аналоговым и цифровым сигналами, называется ошибкой квантования.

Основные операции аналого-цифрового преобразователя

Теперь давайте посмотрим на основные операции аналого-цифрового преобразователя.

Аналого-цифровой преобразователь разделяет (дискретизирует) амплитуду аналогового сигнала через дискретные интервалы, которые затем преобразуются в цифровые значения. Разрешение аналого-цифрового преобразователя (указывающее количество дискретных значений, которые он может выдавать в диапазоне аналоговых значений) обычно выражается количеством битов. В приведенном выше случае 3-битного аналого-цифрового преобразователя верхнее значение (b2) называется старшим значащим битом (MSB), а самое низкое значение (b0) младшим значащим битом (LSB).

На графике ниже показано соотношение между аналоговым входом и цифровым выходом.

Кроме того, первая точка цифрового изменения (000 → 001) ниже 0,5 LSB является нулевой шкалой, в то время как последняя точка цифрового изменения (110 → 111) называется полной шкалой, а интервал от нуля до полной шкалы называется полной шкалой. диапазон шкалы.

Методы преобразования аналогового сигнала в цифровой

Выборка:

Выборка — это процесс получения значений амплитуды непрерывного аналогового сигнала через дискретные интервалы времени (период дискретизации Ts).
[Период выборки Ts = 1 / Fs (частота выборки)]
Выборка выполняется с использованием схемы выборки и хранения (S&H).

Квантование:

Квантование включает присвоение числового значения каждому выбранному значению амплитуды из диапазона возможных значений, охватывающего весь диапазон амплитуд (на основе количества битов).
[Ошибка квантования: значение выборки — значение квантования]

Код:

.

После квантования значений амплитуды они кодируются в двоичном формате с помощью кодировщика.

A / D, D / A преобразователь
Data Converter К странице продукта

ROHM предлагает широкий ассортимент преобразователей данных, включая аналого-цифровые преобразователи, цифро-аналоговые преобразователи и аудиокодеки.

— обзор

11.4.3 Аналого-цифровое преобразование

Аналогово-цифровые (АЦП) преобразователи используются для преобразования биологических сигналов из непрерывных аналоговых сигналов в цифровые последовательности. Аналого-цифровой преобразователь — это управляемый компьютером вольтметр, который измеряет входной аналоговый сигнал и дает числовое представление сигнала на выходе.На рисунке 11.5a показан аналоговый сигнал, а на рисунке 11.5b показана цифровая версия того же сигнала. Аналоговый сигнал, первоначально обнаруженный датчиком, а затем усиленный и отфильтрованный, представляет собой непрерывный сигнал. Преобразователь A / D преобразует непрерывный аналоговый сигнал в дискретный цифровой сигнал. Дискретный сигнал состоит из последовательности чисел, которую можно легко сохранить и обработать на цифровом компьютере. Аналого-цифровое преобразование особенно важно, поскольку хранение и анализ биосигналов все чаще основываются на компьютерах.

Рисунок 11.5. (а) Аналоговая версия периодического сигнала. (b) Цифровая версия аналогового сигнала.

Цифровое преобразование аналогового биологического сигнала не дает точной копии исходного сигнала. Дискретный цифровой сигнал представляет собой цифровую аппроксимацию исходного аналогового сигнала, который генерируется путем многократной дискретизации уровня амплитуды исходного сигнала через фиксированные интервалы времени. В результате исходный аналоговый сигнал представляется как последовательность чисел: цифровой сигнал.

Двумя основными процессами, задействованными в аналого-цифровом преобразовании, являются выборка и квантование . Выборка — это процесс, с помощью которого непрерывный сигнал сначала преобразуется в дискретную последовательность во времени. Если x ( t ) является аналоговым сигналом, выборка включает запись значения амплитуды x ( t ) каждые T секунд. Значение амплитуды обозначается как x ( kT ), где k = 0, 1, 2, 3,… — целое число, которое обозначает позицию или номер выборки из набора выборок или последовательности данных. T представляет интервал выборки или время между соседними выборками. В реальных приложениях при цифровой обработке сигналов обычно используются конечные последовательности данных. Следовательно, диапазон точек данных составляет k = 0, 1,… N -1, где N — общее количество дискретных выборок. Частота дискретизации f _s или частота дискретизации равна обратной величине периода дискретизации 1/ T и измеряется в герцах (s ^-1 ).

Следующие цифровые последовательности имеют особое значение:

Единичная выборка импульсной последовательности:

δ (k) = 1, если k = 0

0, если k ≠ 0

Последовательность единичных шагов:

u (k) = 1, если k> 0

0, если k <0

Экспоненциальная последовательность:

k

a u (k) = a ^k , если k> 0

0, если k <0

Частота дискретизации, используемая для дискретизации непрерывного сигнала, имеет решающее значение для генерации точного цифрового приближения. Если частота дискретизации слишком низкая, в цифровом сигнале возникнут искажения. Теорема Найквиста утверждает, что минимальная используемая частота дискретизации, f _s , должна быть как минимум в два раза больше максимальной частоты исходного сигнала, чтобы сохранить всю информацию аналогового сигнала. Коэффициент Найквиста рассчитывается как

(11,2) fnyquist = 2⋅fmax

, где f _max — это самая высокая частота, присутствующая в аналоговом сигнале. Следовательно, теорема Найквиста утверждает, что f _s должно быть больше или равно 2 · f _max , чтобы полностью представить аналоговый сигнал цифровой последовательностью.На практике выборка обычно выполняется с частотой, в пять-десять раз превышающей максимальную частоту f _Max .

Второй этап процесса аналого-цифрового преобразования включает квантование сигнала. Квантование — это процесс, с помощью которого компьютер оцифровывает непрерывные амплитуды дискретного сигнала. Теоретически амплитуды непрерывного сигнала могут быть любыми из бесконечного числа возможных. Это делает невозможным сохранение всех значений из-за ограниченного объема памяти в компьютерных микросхемах. Квантование преодолевает это, уменьшая количество доступных амплитуд до конечного числа возможностей, с которыми может справиться компьютер.

Поскольку оцифрованные образцы обычно хранятся и анализируются как двоичные числа на компьютерах, каждый образец, созданный в процессе отбора образцов, должен быть квантован. Во время квантования серии отсчетов дискретизированной последовательности преобразуются в двоичные числа. Разрешение аналого-цифрового преобразователя определяет количество бит, доступных для хранения. Как правило, большинство аналого-цифровых преобразователей аппроксимируют дискретные отсчеты с помощью 8, 12 или 16 бит. Если количество битов недостаточно велико, в цифровом приближении могут возникнуть значительные ошибки.

Аналого-цифровые преобразователи характеризуются количеством битов, которые они используют для генерации чисел цифрового приближения. Квантователь с N битами способен представить всего 2 ^N возможных значений амплитуды. Следовательно, разрешение аналого-цифрового преобразователя увеличивается с увеличением числа битов. 16-битный аналого-цифровой преобразователь имеет лучшее разрешение, чем 8-битный аналого-цифровой преобразователь, поскольку он способен отображать в общей сложности 65 536 уровней амплитуды по сравнению с 256 для 8-битного преобразователя.Разрешающая способность аналого-цифрового преобразователя определяется диапазоном напряжения входного аналогового сигнала, деленным на числовой диапазон (возможное количество значений амплитуды) аналого-цифрового преобразователя.

Пример проблемы 11.3

Найдите разрешение 8-битного аналого-цифрового преобразователя при оцифровке входного сигнала с диапазоном 10 В.

Решение

Диапазон входного напряжения 2N = 10 В 256 = 0,0391 В / бит = 39,1 мВ / бит

Пример проблемы 11.4

Частотный состав аналогового сигнала ЭЭГ равен 0. 5–100 Гц. Какова самая низкая частота дискретизации сигнала для получения точного цифрового сигнала?

Решение

Наивысшая частота аналогового сигнала = 100 Гц.

f _nyquist = 2 · f _max = 2 · 100 Гц = 200 выборок в секунду.

Другая часто встречающаяся проблема — это определение того, что произойдет, если сигнал не будет дискретизирован с достаточно высокой частотой для получения точного представления сигнала.Непосредственным результатом теоремы выборки является то, что все частоты формы [f — kf _s ], где −∞ ≤ k ≤ ∞ и f _s = 1 / T, выглядят одинаково после выборки.

Пример проблемы 11.5

Сигнал с частотой 360 Гц дискретизируется со скоростью 200 выборок в секунду. Какую частоту будет содержать «наложенный» цифровой сигнал?

Решение

Согласно предыдущей формуле, f _s = 200, и соответствующий набор частот, которые выглядят одинаково, имеет форму [360 — k 200] = [… 360 160 −40 −240…. ]. Единственный сигнал в этой группе, который будет точно дискретизирован, — это 40 Гц, так как частота дискретизации более чем вдвое превышает это значение. Обратите внимание, что для реальных сигналов –40 Гц и +40 Гц эквивалентны, то есть cos (−ωt) = cos (ωt) и sin (−ωt) = −sin (ωt). Таким образом, дискретизированный сигнал будет иметь период 40 Гц. Процесс показан на рисунке 11.6.

Рисунок 11.6. Синусоидальная волна 360 Гц дискретизируется каждые 5 мс, то есть со скоростью 200 отсчетов / с. Эта частота дискретизации будет адекватно дискретизировать синусоидальную волну 40 Гц, но не синусоидальную волну 360 Гц.

Зачем нам аналого-цифровые преобразователи? Настраиваемый фазовращатель

Любой физический сигнал, такой как звук, свет или напряжение, считается аналоговым сигналом. Дело в том, что аналоговые сигналы бесконечны по своей природе.

Мы можем слышать бесконечное количество звуков, есть бесконечное количество цветов, которые нужно воспринимать, и бесконечное количество чисел между 1 и 2.

Digital, с другой стороны, работает с дискретными или конечными сигналами или конечными сигналами.Между 1 и 3 стоит только «2»; нет бесконечности.

Как вы понимаете, работать с аналоговыми сигналами очень сложно. Их сложно хранить и еще сложнее обрабатывать. Именно здесь вступают в игру аналого-цифровые преобразователи.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) преобразует любой аналоговый сигнал в поддающиеся количественной оценке данные, что упрощает их обработку и хранение, а также делает их более точными и надежными за счет минимизации ошибок.

Вот почему требуются АЦП:

Любой цифровой процессор, например компьютер, нуждается в цифровом вводе для обработки, передачи и хранения данных. После того, как что-то преобразовано в число, с этим можно многое сделать. Вычисления, манипуляции, переводы, передачи, кодирование, шифрование и т. Д. Возможны только при преобразовании аналогового в цифровой.

Однако необходимо сделать и обратное.Требуется выход в аналоговой форме и для этого ЦАП (цифровой аналоговый преобразователь). Он преобразует цифровой выход в аналоговый, что делает его значимым для пользователя.

Для многих инструментов требуются аналого-цифровые преобразователи. Например, радары определяют уровень сигнала и преобразуют его в цифровые значения для дальнейшей обработки. Цифровые камеры используют АЦП для оцифровки пикселей, снятых объективом.

АЦП сегодня являются неотъемлемой частью музыкальной индустрии.АЦП используются для записи, хранения и автонастройки музыки. Оцифровка звуков позволяет ему управлять музыкой и голосом, чтобы они звучали лучше, чем есть на самом деле. Оцифровка также позволяет устранить любые электромагнитные помехи.

Энкодер — это электромагнитное устройство, которое преобразует угловые движения вала в цифровые сигналы. Таким образом, их также можно рассматривать как АЦП. Они используются в промышленных роботах, компьютерах (в качестве устройств ввода), радиолокационных платформах и фотографических объективах.

Ознакомьтесь с нашим ассортиментом преобразователей аналогового сигнала в цифровой. Мы предоставляем компаниям передовые технологии и предлагаем усилители с предыскажением, разветвительные буферы, цифровые настраиваемые фазовращатели и многое другое.

Аналого-цифровой преобразователь

Давайте сначала обсудим основную концепцию аналого-цифровое преобразование. Процесс оцифровки домена (время) называется выборка и процесс оцифровки Диапазон (напряжение / ток) называется квантованием .

Согласно выборке Найквиста Теорема, частота дискретизации должна быть как минимум в два раза больше максимальной частотная составляющая, чтобы избежать наложения спектров.

Fs = 2Fmax

Квантование : Квантование — это процесс преобразования непрерывного сигнала значения в сигнал дискретного значения, так что сигнал принимает только конечный набор ценности.В отличие от выборки (где мы видели, что при некоторых условиях это возможно восстановить сигнал), квантование приводит к некоторым потеря информации называется ошибкой квантования. Один из основных вариантов выбора в квантование — это количество используемых дискретных уровней квантования. Фундаментальным компромиссом в этом выборе является качество получаемого сигнала. vs данные (биты), необходимые для представления каждой выборки. С уровнями L, количество битов, необходимых для представления каждого уровня,

E _FSR = V _макс. — V _мин.

Разрешение — Разрешение АЦП определяется как минимальное изменение входного аналогового сигнала. напряжение, чтобы гарантировать изменение уровня выходного кода.

Разрешение АЦП, Q = E _FSR / (2 ^N — 1) где,

N = количество бит

Чем больше бит, тем меньше разрешение и выше — точность.

Например,

Допустим, диапазон АЦП составляет 10 В, а количество бит — 5; следовательно, общее количество уровней напряжения равно 32. Каждый уровень представляет / разрешение составляет 10/32 = 0,3125 В; т.е. любое изменение — входное напряжение меньше 0.3125 не приведет к изменению вывода.

Отсюда мы также можем сказать, что разрешение АЦП отличается между опорными напряжениями двух соседних компараторов.

| Преобразователи аналогового видео в цифровой

Использование преобразователей цифрового видео (преобразователи SDI и HD)

Цифровой преобразователь видео с соответствующим оборудованием и программным обеспечением позволяет преобразовывать старые аналоговые видеоизображения в цифровые версии.Преобразователи видео в HDMI, например, могут иметь головку видеокомпонента на одном конце и головку HDMI на противоположной стороне. Это позволяет подключить к компьютеру аналоговое видеоустройство, такое как старая видеокамера, чтобы вы могли преобразовать видео в цифровой формат.

Что такое преобразователи цифрового видео?

Цифровые видеоконвертеры преобразуют аналоговые и другие форматы видеосигналов в цифровые. Вы можете передавать аналоговое видео с записывающих устройств VHS в цифровой компьютерный формат, используя аналого-цифровые преобразователи видео, которые имеют видео и головку Firewire или HDMI.Двунаправленные кабели HDMI-SDI, аудио-кабели SDI, а также инструменты для уплотнения и преобразования частоты кадров — все это профессиональные аксессуары для преобразователей видео.

Что такое преобразователи сигналов?

Преобразователи сигналов принимают один тип сигнала и преобразуют его в сигнал другого типа. Эти преобразователи также преобразуют аналоговый входной сигнал в аналоговый выходной сигнал. Некоторые преобразователи сигналов могут выполнять кросс-форматное преобразование. Например, кросс-преобразователи изменяют сигналы с SD на HD или с HD на SD.Преобразователь сигналов, используемый с усилителем-распределителем, дает более четкие и сильные сигналы.

Что такое усилитель-распределитель?

Усилитель-распределитель создает более качественные сигналы от антенн и другого оборудования. Эти устройства усиливают сигналы, которые они получают, чтобы улучшить их по сравнению с обычными уровнями потери сигнала для стандартных систем распределения видео. Они позволяют посылать сильные и четкие сигналы сразу на несколько видеоустройств.

B&H Photo and Video содержит различные преобразователи и усилители, которые помогут вам преобразовать аналоговое видео или аудио в цифровые форматы.Создавайте сильные сигналы для лучшего воспроизведения и преобразования с помощью усилителей-распределителей и преобразователей сигналов или IP-преобразователей для вашего видеооборудования.

Формирование сигналов и преобразователи, аналоговые и цифровые преобразователи

Согласование сигналов — это распространенный процесс, в котором используются преобразователи для подготовки аналоговых сигналов к оцифровке. Для этого требуются высококачественные функциональные кондиционеры, которые точно передают сигнал от датчиков к сигналам промышленного тока и другим приложениям.

В Allied Electronics вы найдете ряд формирователей сигналов, таких как преобразователи сигналов и другие инструменты, которые помогут в вашем приложении для обработки сигналов. У нас есть полный ассортимент на складе от брендов, включая Brainboxes, Advantech и Cynergy3 Components, а также различных типов кондиционеров, таких как инверторные модули, универсальные передатчики и изолирующие преобразователи сигналов.

Прочтите, чтобы узнать больше о формировании сигналов, принципах их работы и различных типах преобразователей.

Что такое формирование сигнала?

Обработка сигнала — это процесс в электронике, который обеспечивает сбор данных. Это когда устройство используется для преобразования одного типа сигнала, чтобы он был модифицирован таким образом, чтобы подготовить его к следующей части фазы обработки.

Существуют различные приложения для преобразования сигналов, в том числе аналогово-цифровые преобразователи сигналов, в которых используются ограничение тока или напряжения и фильтрация сглаживания. Он также используется в силовой электронике, когда он уменьшает сигнал, чтобы он был на приемлемом уровне для микропроцессора.

Техника управления — еще один пример применения согласования сигналов. Здесь формирование сигнала — это этап более крупного процесса, который начинается с этапа датчика. Согласование сигнала следует за этой стадией восприятия, и именно здесь сигнал имеет тенденцию усиливаться до того, как третья часть процесса увидит обработанный сигнал.

Как работает формирование сигнала?

Инструмент, используемый для формирования сигнала, известен как формирователь сигнала. Существуют различные типы формирователей сигналов, которые применяются на основе измерений, однако все они используются для преобразования одного типа механического или электрического сигнала, называемого входным сигналом, в другой тип сигнала, известный как выходной сигнал.

Его основное назначение — усиление и преобразование сигнала, который может быть трудно прочитать с помощью обычных инструментов, в более удобный для чтения формат. Это делает его совместимым для управления машиной или сбора данных.

Для чего используется преобразование сигнала?

Формирование сигнала имеет разные применения. Вот некоторые из основных функций различных формирователей сигналов:

• Преобразование сигнала

  Преобразование сигнала — основная цель формирователя сигнала.Эти преобразователи сигналов принимают сигнал и преобразуют его в выходной электрический сигнал более высокого уровня. Чаще всего преобразование сигналов используется в промышленных условиях, где для получения измерений используются различные датчики. Если одновременно используется большое количество датчиков, как это часто бывает в крупномасштабных промышленных приложениях, может потребоваться преобразование различных генерируемых сигналов, чтобы показания можно было использовать для приборов, к которым они подключены.

• Усиливающий

  При усилении сигнала процессор сигналов усиливает сигнал, чтобы он был готов к оцифровке или обработке.Усиление может быть выполнено либо путем увеличения разрешения входного сигнала, либо путем увеличения отношения сигнал / шум. При формировании сигнала используются усилители для разных целей. Например, инструментальные усилители оптимизированы для сигналов постоянного тока, в то время как изолирующие усилители используются для изоляции высоких уровней постоянного тока от устройства во время преобразования сигнала переменного тока.

• Линеаризация

  Некоторые формирователи сигналов могут выполнять линеаризацию. Здесь сигналы, производимые датчиком, не совпадают с измерением.Кондиционер считывает и интерпретирует сигнал. Линеаризация часто используется в сигналах термопар.

• Фильтрация

  Когда частота сигнала фильтруется с использованием достоверных данных и блокируется любой шум, это называется фильтрацией. Кондиционеры могут выполнять эту функцию фильтрации и состоят из активных и пассивных компонентов или цифрового алгоритма.

Какие бывают типы формирователей сигналов?

Существуют различные типы формирователей сигналов, каждый из которых предназначен для выполнения определенной функции, как описано выше.Например, формирователь сигналов на DIN-рейке устанавливается на кронштейн для DIN-рейки. Они популярны в промышленных приложениях, поскольку обеспечивают сочетание практичности и цели.

Если вы измеряете температуру, вы можете обнаружить, что помимо усиления сигналов, генерируемых термопарами, требуется преобразование сигнала для подключения прибора для измерения температуры. Сигнальные провода термопары компенсируют любые отклонения и ложные показания.

Вы также можете искать по типу вывода.Если вам нужен стабилизатор сигнала с номинальным током 4-20 мА, разделительные усилители могут быть идеальным решением.

Почему стоит выбрать Allied Electronics для формирования сигналов и преобразователей?

В Allied Electronics имеется полный ассортимент формирователей сигналов, которые предназначены для точного и эффективного преобразования сигнала.