АЦП принцип работы, немного теории Опции

[Метценгерштейн]

есть телефонный канал 300-3400
мы его оцифровываем 8 бит с частотой 8КГц. Получаем 64 К.
Вот что происходит, если в какой-то отсчет времени АЦП в сигнале присутствуют одновременно две частоты, например, 500Гц и 700 Гц?
Как он возьмет отсчет? Возьмет среднее значение между ними? т.е. результирующее суммы?

[Xenia]

Вот что происходит, если в какой-то отсчет времени АЦП в сигнале присутствуют одновременно две частоты, например, 500Гц и 700 Гц?
Как он возьмет отсчет? Возьмет среднее значение между ними? т.е. результирующее суммы?

АЦП не частоты измеряет, а напряжение. Поэтому ему дела нет, из скольких функций тот сигнал складывается и каковы они собой. Он измеряет либо мгновенное напряжение амплитуды сигнала с какой-то своей периодичностью, либо интегрирует этот сигнал на временных отрезках, длиной в период преобразования. А сам сигнал может даже не быть представим аналитически - работу АЦП это ничуть не затруднит.

[Метценгерштейн]

Это понятно, что напряжение. Вот берет он 8000 отсчетов в секунду. В какой- то из отсчетов появилось два сигнала амплитудой по 3 вольта каждый. Частота их 500 и 700 Гц. Он возьмет сумму напряжений двух частот?

[Snaky]

Это понятно, что напряжение. Вот берет он 8000 отсчетов в секунду. В какой- то из отсчетов появилось два сигнала амплитудой по 3 вольта каждый. Частота их 500 и 700 Гц. Он возьмет сумму напряжений двух частот?

что значит два сигнала? у него один вход - он будет "видеть" одно мгновенное значение сигнала.
а то что сигнал у вас является суммой двух сигналов, так АЦП об этом не знает - ему всё равно. если вы хотите посчитать какой уровень сигнала будет в определенный момент времени - сложите его гармоники (в вашем случае их две) с учетом фазы. может получится и 6 Вольт, а может и 1.23447346 Вольт (посмотрите внимательно на логотип электроникса вверху страницы .

[Kaligooola]

Две частоты мы увидим после обработки - перевода сигнала в частотную область.
Говорить, что сигнал в данный конкретный отсчёт содержит две гармоники немного не корректно, так как две гармоники у нас появляются через какое-то время накопления (количество отсчетов для преобразования Фурье).
если грубо, то по одной точке судить о частоте нельзя.

[AlexandrY]

Это понятно, что напряжение. Вот берет он 8000 отсчетов в секунду. В какой- то из отсчетов появилось два сигнала амплитудой по 3 вольта каждый. Частота их 500 и 700 Гц. Он возьмет сумму напряжений двух частот?

Вряд ли.
Там строго следят за уровнем мощности.
Действующее значение результирующего сигнала останется стабильным.
Т.е. уровни каждого сигнала будут понижены в 1/sqrt(2.0) раза

[ViKo]

Топикстартеру - скачайте книгу Р. Лайонс, Цифровая обработка сигналов. Читается легко с удовольствием. После нее дурные вопросы отпадут.

[megajohn]

Как он возьмет отсчет? Возьмет среднее значение между ними? т.е. результирующее суммы?

глянь картинку, слева спектр, справа результирующий сигнал


 500_700.wav ( 21.87 килобайт ) Кол-во скачиваний: 58

[AlexandrY]

глянь картинку, слева спектр, справа результирующий сигнал

 500_700.wav ( 21.87 килобайт ) Кол-во скачиваний: 58

Так какая амплитуда сигнала и его составляющих в вольтах?

[Метценгерштейн]

Подитожим. Два сигнала складываются, сумма их напряжений поступает на один отсчет АЦП. Так? Далее, берем 100 отсчетов. Строим из этих мгновенных напряжений импульс, а из него уже по Фурье получаем частоты и фазы и амплитуды. Так?

За книгу спасибо. Понимание ацп есть, но видимо, есть непонятки.
Женя, что за прога, где нарисовал это?

[megajohn]

забегая вперед скажу, что если делаешь DTMF-декодер, то вот готовый есть. Проверял - работает


>Женя, что за прога, где нарисовал это?
Cool Edit Pro. Ща замылю

[Метценгерштейн]

Нет, не декодер. Стало интересно как работает sdr radio. Пытаюсь понять как оно кашу из всего эфира вытягивает. Надо книгу читать ту. Если она в стиле - транзистор- это просто, то замечательно.

[Xenia]

Подитожим. Два сигнала складываются, сумма их напряжений поступает на один отсчет АЦП. Так? Далее, берем 100 отсчетов. Строим из этих мгновенных напряжений импульс, а из него уже по Фурье получаем частоты и фазы и амплитуды. Так?

Да, именно так. Только по возможности отчетов надо собирать под целую степень двойки (например, 128 или 256), т.к. алгоритм FFT на таком числе точек короток и быстр, а с другим числом точек замучаешься программировать.

Это легкое для выполнения требование, но есть еще одно неприятное обстоятельство - для того, чтобы после FFT результат выглядел идеально (две палки на 500 и 700 Гц) необходимо, чтобы на оцифрованном участке помещалось целое число периодов, как одной, так и другой частоты. А это требование, как правило, невыполнимо, т.к. до проведения измерения сигнала его частот мы не знаем. А раз так, то после FFT могут получиться паразитные частоты, которых на самом деле в сигнале нет, то которые порождает алгоритм FFT в тех случаях, когда при закольцовывании массива измерений имеет место разрыв непрерывности. Пока на эти мои предостережения можете не обращать внимания, но когда дойдете до Фурье, вспомните меня теплым словом .

[Метценгерштейн]

Еще один вопрос- уже посложнее)
Допустим, есть АЦП с частотой выборок 10 КГц. Могу ли я два таких ацп поставить, чтобы они по очереди делали выборки и каждый со своей частотой? Т. О. Получить выборку общую 20КГц. Как- то их засинхронизировать, чтобы выборки были смещены друг от друга.

[Xenia]

P.S. И вот еще что. Частоты, на которые разлагает сигнал преобразование Фурье, будут выражены не в герцах, а в долях от длины массива данных (куда вы данные от АЦП собирали). Т.е. после FFT-преобразования в 0-ом элементе массива вы получите постоянную составляющую сигнала, в 1-ом элементе амплитуду для частоты, чей период ровнехонько укладывается на всю длину этого массива, во 2-ом элементе - для частоты, которая дважды укладывается в массив и т.д., вплоть до самой частой частоты (частоты Найквиста) с периодом в две точки.

Зная периодичность сбора данных, перевести такие ступенчатые частоты в герцы несложно, однако требуется уже на стадии сбора данных определиться с размером массива (в точках) и частотой сбора данных, поскольку именно эти величины в последствии определят точность, с которой вы получите частоты, входящие в сигнал.

Проще говоря, преобразование Фурье - это не магический пасс, который разлагает поточечный график сигнала на входящие в него гармоники, а весьма противный в практическом плане инструмент, с которым приходится мериться из-за отсутствия лучших альтернатив. И в частности, это дискретный шаг частот, на которые сигнал разлагается. Причем, отсутствие промежуточных частот в этом разложении приводит не к их пропаже, а к распределению их вклада по другим частотам (чаще по соседним).

А пока прикиньте, как будут выглядеть чистые гармоники 500 и 700 Гц по отдельности, если их оцифровать вашим АЦП в том режиме, в каком вы вознамерились делать измерения. Посчитайте, сколько раз полной период той и другой частоты успеет поместиться в выделенном для сбора данных массиве. Помните, что результат вы в получите именно в этих самых разах. Они же определят точность измерения частоты. В герцы потом эти разы вы переведете, то от этого результат точнее не станет. Поэтому с требуемой точностью надо определяться с самого начала.

[ViKo]

Еще один вопрос- уже посложнее)
Допустим, есть АЦП с частотой выборок 10 КГц. Могу ли я два таких ацп поставить, чтобы они по очереди делали выборки и каждый со своей частотой? Т. О. Получить выборку общую 20КГц. Как- то их засинхронизировать, чтобы выборки были смещены друг от друга.

Легко. Только 10 кГц - это детский лепет, можно готовый на 20 кГц запустить. Вот 200 МГц чередовать - это жизненная необходимость. А в осциллографах Ригол в каждом канале работало по 5 АЦП с частотой 100 МВыб/с, итого в одноканальном режиме у них получалась 1 ГВыб/с.
Любопытно, что будет, если два АЦП работают не строго в противофазе, а например, со сдвигом на 90 градусов. Что нам сказали бы Котельников с Найквистом напару?

П.С. Ксения (преднамеренно?) не упомянула, что выкрутиться с описанными у нее страхами помогают окна БПФ.

[Метценгерштейн]

Вопрос пока такой- могу ли я взять два ацп по 10 КГц каждый и собрать с них выборки сигнала так, буд- то работал один ацп 2 КГц? До фурье пока рано. Пока только выборки.

[ViKo]

И в частности, это неравномерный шаг частот, на которые сигнал разлагается.

Равномерный. Например, для 256 точек будут частоты: Fs * 0/256, Fs * 1/256, * 2/256, * 3/256, * 4/256 ... * 127/256.

[Метценгерштейн]

Не увидел поста. У самого ригол. Конечно речь не про 20 кгц, а про выше. Как этот режим называется правильно? И какие есть ноги для синхронизации в ацп для этого?

[ViKo]

Вопрос пока такой- могу ли я взять два ацп по 10 КГц каждый и собрать с них выборки сигнала так, буд- то работал один ацп 2 КГц? До фурье пока рано. Пока только выборки.

используйте каждую пятую, а промежуточные отбросьте. Еще лучше использовать и промежуточные. "Децимация". В той же книге.
П.С. Есть и обратный процесс - интерполяция.

Не увидел поста. У самого ригол. Конечно речь не про 20 кгц, а про выше. Как этот режим называется правильно? И какие есть ноги для синхронизации в ацп для этого?

По английски - interleave. По русски - чередование, типа.

[Метценгерштейн]

20 кгц- опечатка
А синхронизировать как? Есть у ацп ноги для этого?

[ViKo]

20 кгц- опечатка
А синхронизировать как? Есть у ацп ноги для этого?

Хватает ножек тактовой частоты. Высокочастотные АЦП принимают дифференциальные тактовые сигналы. Достаточно поменять местами CLKP и CLKN в одном из них, и получим работу в противофазе. Раздачей тактов отдельные микросхемы занимаются. Или ПЛИС. Или микроконтроллер, для менее быстрых АЦП. Вон в STM32 АЦП тоже могут работать в режиме чередования (ох-ох!).

[Метценгерштейн]

Да, тоже думал про stm32- там что- то написано, что 2,4 мегавыборок или 7,2 в режиме трипл interleaved mode. Т. Е. Вот оно и используется.

[Xenia]

Допустим, есть АЦП с частотой выборок 10 КГц. Могу ли я два таких ацп поставить, чтобы они по очереди делали выборки и каждый со своей частотой? Т. О. Получить выборку общую 20КГц. Как- то их засинхронизировать, чтобы выборки были смещены друг от друга.

Ставить два АЦП имеет смысл только в том случае, если частоты, которые вы ищите в сигнале, различаются более чем на порядок. Например, если бы вас интересовали вклады частоты 50 Гц (сетевой наводки) и информационной частоты 1 МГц. В этом случае можно было бы порекомендовать два АЦП: один из которых медленный с частотой оцифровки 200-500 Гц для измерения сетевой наводки (это 4-10 точек на ее период), а второй АЦП быстрый с частотой оцифровки 10-20 МГц (10-20 точек на период информационной частоты 1 МГц). Причем, перед медленным АЦП возможно стоит дополнительно поставить ФНЧ, если тот АЦП не сигма-дельта. Синхронизировать их не надо, т.к. сдвиг фазы не мешает определять частоты. В этом случае медленный АЦП понадобился только потому, что при частоте оцифровки 10 МГц потребовался бы слишком большой массив для точек, чтобы в него влез полный период частоты 50 Гц.

В том случае, когда разрыв между частотами не столь велик, лучше мерить одним АЦП, но иметь более длинный массив/буфер для сбора данных. Тогда частоту оцифровки АЦП выбираете такой, чтобы у более быстрой из частот отловить хотя бы 10 точек за ее период (т.е. оцифровка должна быть, как минимум, на порядок быстрее самой быстрой частоты в сигнале), а длина массива должна быть достаточной, чтобы при этом темпе сбора данных в массиве поместились не менее 5-ти периодов на этот раз уже медленной частоты.

Т.е. будьте готовы к тому, что массива на 128 точек вам не хватит, а потребуется 1024, а то и больше. А испытать сперва требуется на чистой частоте в интервале от 500 до 700 Гц, чтобы оценить, как это все работает.

[Метценгерштейн]

Узнал, что быстрые ацп 16 бит запрещено поставлять вне США. Можно ли в теории сделать из нескольких ацп высокоскоростную оцифровку. Теперь понимаю, что да. Как это в риголе и реализовано.

[Aner]

Узнал, что быстрые ацп 16 бит запрещено поставлять вне США. Можно ли в теории сделать из нескольких ацп высокоскоростную оцифровку. Теперь понимаю, что да. Как это в риголе и реализовано.

Ага 18 битные быстрые можно. Они там забыли снять запрет на 16 битные а на 18 битные не успели еще ввести запрет.

[Xenia]

Узнал, что быстрые ацп 16 бит запрещено поставлять вне США. Можно ли в теории сделать из нескольких ацп высокоскоростную оцифровку. Теперь понимаю, что да. Как это в риголе и реализовано.

"Быстрые" это по нашим временам 10 МГц и выше. Тогда как интересующие вас частоты даже при всем желании к высоким отнести нельзя.

[Метценгерштейн]

"Быстрые" это по нашим временам 10 МГц и выше. Тогда как интересующие вас частоты даже при всем желании к высоким отнести нельзя.

я частоты в Кгц приводил для понимания процесса.
Меня интересуют частоты порядка 1 гигавыборок в сек. И выше.
АЦП таких нет, есть только 130-160 мегавыборок, они дорогие и сложности с поставкой. Но интерес больше образовательный. Повторюсь- интерес возник после знакомства с SDR радио- там сразу с антены весь диапазон КВ (до 30 МГц) подают на АЦП. Т.о. видят весь спектр частот и сигналов сразу в реальном времени.
вот картинка

[Allregia]

. А в осциллографах Ригол в каждом канале работало по 5 АЦП с частотой 100 МВыб/с, итого в одноканальном режиме у них получалась 1 ГВыб/с.

Интересно, а как работают АЦП в Тектрониксах, у которых не 1ГГц а 65ГГц?

[ViKo]

Круто. Я тоже хочу. Вот, на статью набрел.
http://habrahabr.ru/post/158401/

Интересно, а как работают АЦП в Тектрониксах, у которых не 1ГГц а 65ГГц?

Сие тайна великая есть. Там они не во всей полосе от 0 до ГГц работают. И греются при этом, что куча вентиляторов стоит. И шуму акустического от них... Не комфортно.

[megajohn]

Меня интересуют частоты порядка 1 гигавыборок в сек. И выше.
АЦП таких нет

щас, а это что ? adc12d1600rf

[Метценгерштейн]

12 бит- мало. Хотя, лучше, чем 8.
Если кто хочет попробовать-
http://www.aliexpress.com/item/RTL-SDR-FM-...434389.html?s=p
обязательно
RTL2832U + R820T
он УКВ от 25 МГц.
поиграться можно.
Но там АЦП 8 бит всего.
Женя, а что есть еще из АЦП с поболе бит?

[Allregia]

щас, а это что ? adc12d1600rf

Боюсь, его цена сильно не понравится

12 бит- мало. Хотя, лучше, чем 8.

Их там реально 9-10.

[Метценгерштейн]

да, только цену увидел
179259,0 руб.