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.

[Quantum1]

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

Упрощенный или нет это дело десятое, главное что бы он был адекватен поставленным задачам...
В данной ситуации он ее не отражает! Т.е. за одно измерение(32мкс) невозможно получить сколь либо точную информацию о сигнале.

Т.к. на интервале 100 мкс в данном АЦП получиться на максимальной скорости 3 отсчета по 7 бит, т.е. точность измерения за 100мкс составит 0,26%... и это без учета физических погрешностей...

насколько я понимаю повысить точность можно только увеличением числа отсчетов, т.е. увеличением времени измерения... или обработкой канала 2 - 3-емя АЦП естественно калиброванными на один и тот же опорник.

что кстати посоветуете почитать? Мои основные знания по сигма-дельта базируются на этой книге http://www.booksgid.com/hardware/23452-ana...brazovanie.html

но там к сожалению основной математический упор сделан на измерение переменных сигналов...
может подскажите что по измерениям постоянных(ну или условно постоянных)...

Сообщение отредактировал Quantum1 - Oct 18 2014, 10:31

[Tanya]

Долго только наблюдала... Молчать боле не могу. Вижу, нечто, напоминающее воду в ступе.
ТС! Вам нужно напрячься и сформулировать четко, что Вы хотите.
Тогда Вам, возможно, можно будет помочь. Это если Вы хотите. Этого.

[Quantum1]

Долго только наблюдала... Молчать боле не могу. Вижу, нечто, напоминающее воду в ступе.
ТС! Вам нужно напрячься и сформулировать четко, что Вы хотите.
Тогда Вам, возможно, можно будет помочь. Это если Вы хотите. Этого.

Куда уж более конкретно то? все что мог сказал уже...
я только в одном параметре сначало ошибся, но это чисто техническая ошибка.

Итак еще раз повторю есть медленно меняющийся сигнал со скоростью изменения постоянной составляющей не более 0,2% за 100мкс, в сигнале присутствует переменная пилообразная составляющая размахом 0,1-0,2% частотой не более 5-10кГц. Идеальный случай - требуется измерить среднее значение сигнала за 100мкс с точностью 0,1%.
Для этой задачи хочу использовать сигма-дельта АЦП 1986ВЕ4У, подойдут ли их параметры для данной задачи, и если не подойдут какие есть альтернативные решения?...

собственно и вся задача...

[Tanya]

собственно и вся задача...

Берете ЦАП, который выдает почти Ваше почти постоянное напряжение, а разность измеряете быстрым малоразрядным АЦП.
Это грубо... Там поделить придется до удобной величины, возможно.

[Quantum1]

Берете ЦАП, который выдает почти Ваше почти постоянное напряжение, а разность измеряете быстрым малоразрядным АЦП.
Это грубо... Там поделить придется до удобной величины, возможно.

Я такой вариант тоже рассматривал, но он не дает никакой прибавки в точности, т.к. ЦАП нужно будет калибровать тем же самым АЦП каким измеряется разность, т.е. если АЦП измеряет сигнал с точностью 0,75%(без учета многих погрешностей), то и ЦАП будет иметь ту же точность...

в таком варианте будет легко померять только относительное изменение сигнала, т.е. точно снять форму пилы и форму изменения сигнала... но абсолютная точность не улучшиться... а важна именно она.

Сообщение отредактировал Quantum1 - Oct 18 2014, 16:45

[Plain]

Я такой вариант тоже рассматривал, но он не дает никакой прибавки в точности, т.к. ЦАП нужно будет калибровать тем же самым АЦП каким измеряется разность

Объясните нам, каким образом у Вас вновь получилось прочесть лишь половину данного предложения:

Итак, сигнал смещать вольтодобавкой к нему, т.е. резистором и источником тока, во входной диапазон АЦП, которую периодически калибровать двухстадийным АЦП на защёлке таймера микроконтролллера.

Если всё ещё не понятно, о чём речь, подчёркиваю — калибровать и тогда, и сейчас, Вам предлагают другим АЦП, намного большего разрешения и намного меньшего быстродействия.

[Quantum1]

Итак, сигнал смещать вольтодобавкой к нему, т.е. резистором и источником тока, во входной диапазон АЦП, которую периодически калибровать двухстадийным АЦП на защёлке таймера микроконтролллера.

что вы здесь имели ввиду я могу догадаться только логическим подбором... и вариантов на мой взгляд не один...

Объясните нам, каким образом у Вас вновь получилось прочесть лишь половину данного предложения:

Покажите мне конкретную фразу где Tanya говорит о другом АЦП или тем более о:

Итак, сигнал смещать вольтодобавкой к нему, т.е. резистором и источником тока, во входной диапазон АЦП, которую периодически калибровать двухстадийным АЦП на защёлке таймера микроконтролллера.

ответ то был ей

Если всё ещё не понятно, о чём речь, подчёркиваю — калибровать и тогда, и сейчас, Вам предлагают другим АЦП, намного большего разрешения и намного меньшего быстродействия.

Предлагаю вам все таки немного подумать...

Итак наверное глупо использовать в качестве ЦАП какие то быстрые и дорогие, верно?

Из простых в МОПе есть несколько вариантов 10 разрядных... НО... у них у всех дифференциальная\интегральная погрешность не лучше 0,1%... я уже не говорю о нелинейиностях которые и за процент спокойно выбежит...
Т.е. если мы вдруг переключились на другое значение ЦАП - требуется его заново калибровать... Если мы калибруемся к примеру Миландровскими сигма-дельта, то для получения к примеру 16 разрядной точности нам нужно не менее 16мс.
Из этой ситуации выхода нет...

Еще вариант набирать резистивный делитель из к примеру 8-10 интервалов, отдельно в течении работы постепенно перекалибровывать каждый(или требуемые), далее подавать требуемый интервал на опорный вход инструментального усилителя, который вычтет его из входного - а эту дельту уже мерить быстрым АЦП...

но согласитесь это весьма громоздко и сложно... а сколько для 4-ех каналов нужно будет аналоговых мультиплексоров и всяких оушных повторителей, я даже считать боюсь*))

Сообщение отредактировал Quantum1 - Oct 18 2014, 17:50

[Plain]

для получения к примеру 16 разрядной точности нам нужно не менее 16мс.
Из этой ситуации выхода нет...

Вам же модератор уже официально выносил предписание собраться с мыслями, а в результате мы видим, что в очередной раз только к концу второй страницы выясняется, что 16 разрядов таки надо получить не позднее 100 мкс после подачи питания. Ну так сами же себе ответили, что это означает, что нужен 10-килогерцовый 16-разрядный АЦП, без вариантов. Что ж, удачи с этим в рытье МОПа.

[Quantum1]

Вам же модератор уже официально выносил предписание собраться с мыслями, а в результате мы видим, что в очередной раз только к концу второй страницы выясняется, что 16 разрядов таки надо получить не позднее 100 мкс после подачи питания. Ну так сами же себе ответили, что это означает, что нужен 10-килогерцовый 16-разрядный АЦП, без вариантов. Что ж, удачи с этим в рытье МОПа.

прочитайте мой 21 пост и перестаньте нести ахинею

и внимательно читайте что вам отвечают - 16 разрядов это не измерение - а КАЛИБРОВКА - как вы это назвали "вольтдобавки", я называю это диапазонами...
какой блин смысл использовать сигма-дельта для КАЛИБРОВКИ если хотеть от него точность 0,1%
ну пусть 14 бит - это 4мс... сути это не поменяет ни на грамм...

заметьте я ни слова ни писал про подачу питания - это ваши додумки!
Я писал о переключении ЦАП УЖЕ во время работы, т.е. тогда когда на калибровки в реальном времени этого самого время уже нет! калибровку надо делать ДО этого, т.е. до изменения предела. И вот тут вариант с ЦАПом спотыкается. А мой вариант с резистивным делителем на несколько диапазонов в качестве опоры даст возможность калиброваться постоянно.
но мне не нравится потому что он громоздкий выходит вот и ищу альтернативу...

Сообщение отредактировал Quantum1 - Oct 19 2014, 08:12

[Tanya]

Я писал о переключении ЦАП УЖЕ во время работы, т.е. тогда когда на калибровки в реальном времени этого самого время уже нет! калибровку надо делать ДО этого, т.е. до изменения предела. И вот тут вариант с ЦАПом спотыкается. А мой вариант с резистивным делителем на несколько диапазонов в качестве опоры даст возможность калиброваться постоянно.
но мне не нравится потому что он громоздкий выходит вот и ищу альтернативу...

Калибровка может осуществляться заранее. Ведь Вы измеряете напряжение. Поэтому у Вас должен быть источник опорного напряжения, который Вы должны калибровать. Точно также можно калибровать ЦАП. Там у него внутри (у умножающего) стоят стабильные резисторы, которые если и плывут от температуры, то одинаково. С хорошей точностью. Лучшей, чем Вам нужно.И нет там никакой вредной вам нелинейности. Нелинейность от кода тут не играет роли. А в ЦАПе есть один нужный Вам резистор, который стандартно включается в обратную связь. Но в данном случае на него нужно подавать Ваш сигнал. А в ОУ в обратную связь поставить конденсатор.