Сигма-дельта АЦП и медленное изменение сигнала Опции

[Quantum1]

Добрый день!
Задача измерять несколько(а именно 4) каналов. Сигнал которых имеет такие особенности - постоянная составляющая 10-20В и меняется с небольшой скоростью ~0,5 В/мс. Однако сигнал имеет еще и пилообразную переменную(частота 5-10 кГц) составляющую размахом 0,05-0,2% от постоянной. Задача измерять усредненный(по какому критерию не столь важно - цифровой обработкой подстроимся) уровень сигнала с точностью 0,1% на интервале около 100мкс. И это все на нашей комплектации*)
Если использовать наши(да и импортные) последовательные 12 битные АЦП то выходит что только суммарная интегральная+дифференциальная погрешность выходит +-3 младших бита, а это уже 0,075%, и это без учета шума, погрешности опорника, -60...+85... итд... Да еще и таких нужно целых 4 штуки...

Нашел такую микруху у Миландра 1986ВЕ4У(http://milandr.ru/uploads/Products/product_276/spec_1986BE4.pdf) - 8 отдельных 24 битных сигма-дельта АЦП + проц в одном корпусе. К сожалению никогда не работал с сигма-дельта АЦП, но основы этого типа АЦП несколько представляю...

Однако есть подозрение что Миландровские АЦП не справятся с задачей, просто не успеют каждые 100мкс выдать результат именно за последние прошедшие 100 мкс, а будут выдавать усредненный результат за более большое время к примеру за 1 мс.

Все таки не очень уверенно чувствую себя в сигма-дельта АЦП, подскажите пожалуйста есть ли смысл решать мою задачу именно им, и помогите пожалуйста понять на что максимум по скорости можно вытянуть из АЦП в 1986ВЕ4У...

Спасибо!

Сообщение отредактировал Quantum1 - Oct 15 2014, 17:51

[Rst7]

вы не много ошиблись не 0.5В/с... а !0.5В/мс! .... если бы было 0.5В/с вопросов не было вообще*) т.е скорость изменения иммеет один порядок с биениями.

Так не склеивается левое с правым все равно. За 100мкс при 0.5В/мс будет изменение в 50мВ, что есть 0.5% от сигнала.

Синхронизации с пилой непосредственно нет... т.е. вы правы биения будут но от них не уйти, а значит их обработку сделаем уже програмно...

Только вот каким образом?

[Quantum1]

Так не склеивается левое с правым все равно. За 100мкс при 0.5В/мс будет изменение в 50мВ, что есть 0.5% от сигнала.

Вероятно ошибся... скорость изменения сигнала не более 0,1-0,2% на 100мкс
при переменной составляющей - пиле 0.05-0,2%

Только вот каким образом?

В принципе можно допустить что бы АЦП показывал любое значение из этого интервала переменой составляющей

Частота следования импульсов тактовых сигналов fС_ADC_D = 4МГц, Частота дискретизации, fNADCO = fС_ADC_D/128 (стр. 328)
на бОльших скоростях, будет меньшее разрешение

насколько я понимаю работу сигма-дельта АЦП, к ним нельзя относится как к скоростным последовательным, которые дают правильные измерения уже на 2-3(а если дать устояться внутренним емкостям АЦП то и с первого) отсчет после начала работы или резкого изменения сигнала. Для сигма-дельта требуется гораздо большее число отсчетов. Т.е. 4МГц/128 = 31250кГц т.е. 32мкс на один отсчет ... или всего лишь 128 тактов передискретизации(т.е. всего 128 нулей или единиц)... может я что то не понимаю, но ведь это слишком мало для получения точности единичного отсчета больше чем 7-бит, да еще там куча фильтров всяких...
т.е. я хочу сказать что в сигма-дельта за 2-3 отсчета не удастся измерить точное значение, а для последовательных в пределах его погрешности измерения можно.
или я не верно воспринимаю работу сигма-дельта...

Сообщение отредактировал Quantum1 - Oct 17 2014, 17:45

[Herz]

Сигма-дельта относится к усредняющим АЦП, это верно. Но его показание - это усреднённое значение за время измерения. Так что если в этот период было резкое изменение сигнала, то он отобразит правильное значение. Не то, что было до изменения, и не то, что - после. А среднее. Поэтому не нужно ждать двух-трёх-четырёх циклов. Каждое из них верное. Проблема не в АЦП, а в том, что Вы хотите мерить.

В принципе можно допустить что бы АЦП показывал любое значение из этого интервала переменой составляющей

Так Вам и аппаратное усреднение не нужно. Возьмите SAR и обрабатывайте поток как хотите.

[Orthodox]

Сигма-дельта относится к усредняющим АЦП, это верно. Но его показание - это усреднённое значение за время измерения. Так что если в этот период было резкое изменение сигнала, то он отобразит правильное значение. Не то, что было до изменения, и не то, что - после. А среднее. Поэтому не нужно ждать двух-трёх-четырёх циклов. Каждое из них верное. Проблема не в АЦП, а в том, что Вы хотите мерить...

В этом тексте что именно имеется в виду под <если в этот период было резкое изменение сигнала, то он отобразит правильное значение> ?

Например сигнал резко изменился (ещё вопрос что такое "резко"),и допустим 12-ти битная сигма-дельта отобразит правильно,то есть с 12-ти битной точностью, усреднённое значение ? Крайне сомнительно...

Принцип работы именно сигма-дельты подразумевает не только предельную на настоящее время точность,но и то,что эта точность прямо связана с количеством отсчётов - ежели угодно "медленный набор точности". И 24 битный АЦП при Filter Notch в десятки герц превращается в 12-битный всего на 1 кГц

[Herz]

В этом тексте что именно имеется в виду под <если в этот период было резкое изменение сигнала, то он отобразит правильное значение> ?

Например сигнал резко изменился (ещё вопрос что такое "резко"),и допустим 12-ти битная сигма-дельта отобразит правильно,то есть с 12-ти битной точностью, усреднённое значение ? Крайне сомнительно...

Почему сомнительно? Сигма-дельта на то и сигма дельта, чтобы суммировать разности. В итоге получаем усреднённое значение. Подозреваю, заковыка в том, что люди ждут от АЦП показаний, соответствующих установившейся величине сигнала. Когда изменения не синхронизированы с sample rate, возникают "сюрпризы".

Принцип работы именно сигма-дельты подразумевает не только предельную на настоящее время точность,но и то,что эта точность прямо связана с количеством отсчётов - ежели угодно "медленный набор точности". И 24 битный АЦП при Filter Notch в десятки герц превращается в 12-битный всего на 1 кГц

О фильтрах мы пока вообще не говорили...

[Orthodox]

...О фильтрах мы пока вообще не говорили...

Так в этом и проблема - разговор про <отображение правильного значения сигнала> с помощью именно сигма-дельты и забывая про фильтры Повторюсь : почему замечательные сигма-дельта 24-битные АЦП на десятках герц превращаются в 12-битные всего на 1 кГц ? Может всё дело в особенностях именно сигма-дельты ?

Ваша версия : <Сигма-дельта на то и сигма дельта, чтобы суммировать разности> ежели не забывать учитывать <синхронизацию с sample rate>. IMHO несколько упрощённый подход...

Крайне упрощённо про сигма-дельты :
ежели на выходе дельта-сигма преобразователя только 0 и 1, а воспроизвести нужно допустим 0,000 001 (для 120 дб), то сколько потребуется отсчётов? Есть мнение,что нельзя в 100 отсчётов затолкать точность больше чем 1/100 - как ни кодируй,потому как на выходе дельта-сигма только 1 бит. Это про математические возможности последовательности данной длины. И для заявленных 120 дб нужно 1 000 000 сэмплов ...

В любом случае особенности именно сигма-дельты таковы,что нельзя говорить про точность (или "правильность отображения") без "разговоров" про фильтры,частоты,и так далее... То есть пишу только про то,что именно иметь в виду под "отображением правильного значения при быстром изменением сигнала" (Ваш текст п.7 - <Так что если в этот период было резкое изменение сигнала, то он отобразит правильное значение>).

Это какая именно "быстрота" и какая именно "правильность" получится при этой "быстроте"

[Herz]

Ваша версия : <Сигма-дельта на то и сигма дельта, чтобы суммировать разности> ежели не забывать учитывать <синхронизацию с sample rate>. IMHO несколько упрощённый подход...

Конечно упрощённый. Усложнённый можно почерпнуть из литературы, если автору понадобятся подробности. Разжевать всё в двух-трёх постах вряд ли получится.

Это какая именно "быстрота" и какая именно "правильность" получится при этой "быстроте"

Да не имеет значения. Это я к тому, что у АЦП нет "неправильных" показаний. Он всегда меряет честно, как бы ни изменялся сигнал. А вот чтобы показания были адекватными ожидаемым, надо прежде всего понять, чего мы от него хотим.

[Orthodox]

... у АЦП нет "неправильных" показаний. Он всегда меряет честно, как бы ни изменялся сигнал. А вот чтобы показания были адекватными ожидаемым, надо прежде всего понять, чего мы от него хотим.

Чего уж тут непонятного - у того заказчика,которого не устраивают "честные,как бы ни изменялся сигнал", показания,просто проблемы с пониманием ! А ведь всего-то и нужно,что прежде всего поднапрячься и понять,чего мы от АЦП хотим !!!

Ежели отвлечься от формулировок типа "чтобы показания были адекватными ожидаемым" - прибор не должен чего-то "ожидать",его показания всего лишь должны соответствовать (с требуемой точностью) величине напряжения на входе ,то для того,чтобы реализовать правильный комплекс схемотехнических (и программных) мер, действительно нужно "прежде всего понять, чего мы от АЦП хотим".

Остались мелочи - разобраться,кто именно ближе к правильному пониманию.

Хотя ежели даже предельно разжёванный текст из п. 13 <В любом случае особенности именно сигма-дельты таковы,что нельзя говорить про точность (или "правильность отображения") без "разговоров" про фильтры,частоты,и так далее...> не помог,то буквально не представляю,как добиться понимания