Повышение разрядности АЦП, путем деления сигнала. Опции

[Sinoptic555]

Подскажите, кто-нибудь пробовал делить входной сигнал идущий на АЦП. для того чтобы подать части одного сигнала на несколько каналов АЦП в MSP430. Таким образом, можно повысить разрядность АЦП встроенными средствами.

На пример, сигнал с датчика 4 Вольта делим на 2 + 2 Вольта (относительно общего 0, так чтобы удовлетворить требованиям SAR12 в MSP430). Таким образом повышаем количество разрядов АЦП в 2 раза с 12 до 24. В общем, при уровне сигнала между 2 – 4 В на одном из каналов 2В, а на втором 0-2В (анализируем канал); при уровне сигнала 0-2В на АЦП анализируется другой канал.

Пытаюсь применить операционные усилители для деления сигнала (расчитываю), но там проблема возникает при переходе с одного канала на другой, так как достигается 0, а питание с батарей однополярное. Может кто-то посоветует еще способ поделить сигнал.

Сообщение отредактировал Sinoptic555 - Nov 18 2006, 17:41

[rezident]

Простым делением сигнала увеличить разрядность АЦП никак не получится. Тем более до 24! Разрядность можно ненамного увеличить математическими методами. Мы увеличивали примерно до 13,5 разрядов путем усреднения по нескольким результатам измерений. При этом диапазон входного сигнала желательно растягивать на всю измерительную шкалу АЦП, которая ограничивается VREF- и VREF+. Иначе получите те же 12 разрядов в лучшем случае.

[Прохожий]

Простым делением сигнала увеличить разрядность АЦП никак не получится. Тем более до 24! Разрядность можно ненамного увеличить математическими методами. Мы увеличивали примерно до 13,5 разрядов путем усреднения по нескольким результатам измерений. При этом диапазон входного сигнала желательно растягивать на всю измерительную шкалу АЦП, которая ограничивается VREF- и VREF+. Иначе получите те же 12 разрядов в лучшем случае.

А нельзя ли по подробнее про усреднение?
Я, к примеру, мыслю следующим образом:
1. Берем 18 последовательных измерений.
2. Отбрасываем максимальное и минимальное значения.
3. То, что осталось складываем.
4. Полученный результат делим на 8.
В итоге получаем увеличение разрядности на 1 разряд. Таким же образом можно получить увеличение разрядности и на 2 и на 3 разряда.
Можно делать это в динамике после каждого измерения. В этом случае новое измерение добавляется к массиву, а самое старое исключается из него.
Вопрос следующий. Будет ли это математически правильно? Будут ли полученные таким образом младшие разряды, отражать реальную действительность или они будут зависеть от погоды на северном полюсе?

[rezident]

А нельзя ли по подробнее про усреднение?
Я, к примеру, мыслю следующим образом:
1. Берем 18 последовательных измерений.
2. Отбрасываем максимальное и минимальное значения.

Зачем? Зачем отбрасывать что-то?

3. То, что осталось складываем.
4. Полученный результат делим на 8.

Почему на 8? Делить нужно на количество измерений. Именно так считается среднее арифметическое.

В итоге получаем увеличение разрядности на 1 разряд. Таким же образом можно получить увеличение разрядности и на 2 и на 3 разряда.

Ничего подобного. Усреднением, можно добиться увеличения лишь на 1-2 доп. разряда, усредняя полезный сигнал на фоне шумов или другого сигнала. Иногда для этого в полезный сигнал специально подмешивают помеху с широким спектром. Постоянный сигнал (постоянное напряжение) точнее, чем вес младшего разряда при имеющейся разрядности АЦП измерить нельзя.

Можно делать это в динамике после каждого измерения. В этом случае новое измерение добавляется к массиву, а самое старое исключается из него.

Это будет уже среднее скользящее.

Вопрос следующий. Будет ли это математически правильно? Будут ли полученные таким образом младшие разряды, отражать реальную действительность или они будут зависеть от погоды на северном полюсе?

Это зависит от того, что вы хотите? Тип фильтрации сигнала зависит от спектра измеряемого сигнала и шума, от которого нужно избавится.

По ссылке можете посмотреть про типы и реализацию цифровых фильтров.
http://www.may.nnov.ru/mak/DSP/Contents.shtml

[Прохожий]

Зачем? Зачем отбрасывать что-то?

Так делают в мат. статистике. Перед проведением стат. анализа из произвольной выборки удаляют максимальный и минимальный элементы.

Почему на 8? Делить нужно на количество измерений. Именно так считается среднее арифметическое.

Мне не нужно среднее арифметическое. Мне нужно получить квази-увеличение разрядности. Смотрите:
Было 18 измерений. Отбросили 2. Осталось 16. Просуммировали 16 измерений и получили число, занимающее, в общем случае, на 4 разряда больше, чем каждое из измерений. Не секрет, что деление на 8 выполняется с помощью сдвига числа вправо на 3 разряда. Таким образом, мы получаем увеличение разрядности результата измерений на один разряд и заодно некоторое усреднение этого результата.

Постоянный сигнал (постоянное напряжение) точнее, чем вес младшего разряда при имеющейся разрядности АЦП измерить нельзя.

А как же Ваш тезис об увеличении разрядности на 1-2 разряда?

По ссылке можете посмотреть про типы и реализацию цифровых фильтров.

Спасибо за ссылку, но в данном случае речь не о методах фильтрации (я с ними знаком, хотя и не очень глубоко), а о математически непротиворечивых методах увеличения разрядности АЦП за счет обработки некоторого числа последовательных измерений.

[rezident]

Зачем? Зачем отбрасывать что-то?

Так делают в мат. статистике. Перед проведением стат. анализа из произвольной выборки удаляют максимальный и минимальный элементы.

Дык выборка-то НЕ произвольная. В нашем случае мы привязывали период усреднения группы выборок к частоте промышленной сети 50Гц.

Почему на 8? Делить нужно на количество измерений. Именно так считается среднее арифметическое.

Мне не нужно среднее арифметическое. Мне нужно получить квази-увеличение разрядности. Смотрите:
Было 18 измерений. Отбросили 2. Осталось 16. Просуммировали 16 измерений и получили число, занимающее, в общем случае, на 4 разряда больше, чем каждое из измерений. Не секрет, что деление на 8 выполняется с помощью сдвига числа вправо на 3 разряда. Таким образом, мы получаем увеличение разрядности результата измерений на один разряд и заодно некоторое усреднение этого результата.

Это ваше личное чисто умозрительное заключение. Без характеристики измеряемого сигнала вот так с наскоку сделать заключение о реальном количестве разрядов довольно трудно. У нас заключение о 13,5 разрядах было получено по результатам эксперимента/измерений.

Постоянный сигнал (постоянное напряжение) точнее, чем вес младшего разряда при имеющейся разрядности АЦП измерить нельзя.

А как же Ваш тезис об увеличении разрядности на 1-2 разряда?

Дык вы внимательно читаете или как? Математически можно реализовать эквивалент увеличения разрядности измерения АЦП переменного сигнала на фоне шума. Это соответствует увеличению SNR. Постоянный сигнал (постоянное напряжение) квантовать на бОльшее, чем может АЦП, число состояний нельзя.

[Прохожий]

Дык выборка-то НЕ произвольная. В нашем случае мы привязывали период усреднения группы выборок к частоте промышленной сети 50Гц.

Но я то про это не знал, когда задавал вопрос.

Это ваше личное чисто умозрительное заключение. Без характеристики измеряемого сигнала вот так с наскоку сделать заключение о реальном количестве разрядов довольно трудно.

Дык, никто с наскоку заключения и не делал. Я просто спрашивал можно так делать или нет.

У нас заключение о 13,5 разрядах было получено по результатам эксперимента/измерений.

А вот с этого места, если можно, поподробнее. Про методику получения заключения о 13,5 разрядах по результатам эксперимента/измерений. Если это не секрет.

Дык вы внимательно читаете или как?

Давайте без эмоций. Ну пропустил я что-то. Время позднее... Читаю как могу.

Математически можно реализовать эквивалент увеличения разрядности измерения АЦП переменного сигнала на фоне шума. Это соответствует увеличению SNR. Постоянный сигнал (постоянное напряжение) квантовать на бОльшее, чем может АЦП, число состояний нельзя.

Сразу три вопроса:
1. Где взять информацию про реализацию эквивалента увеличения разрядности измерения АЦП переменного сигнала на фоне шума?
2. Совершенно постоянного сигнала в природе нет. С какой частоты сигнал является постоянным.
3. Нельзя ли сделать так. Отдельно измерить постоянную и переменную составляющие. Затем по Вашей методике увеличить разрядность переменной составляющей, оставив постоянную в покое?

[rezident]

А вот с этого места, если можно, поподробнее. Про методику получения заключения о 13,5 разрядах по результатам эксперимента/измерений. Если это не секрет.

Сигнал, измеренный с точностью около 1/12000 от величины напряжения опоры эквивалентен примерно 13,5 разрядам АЦП. Так будет понятно?

Сразу три вопроса:
1. Где взять информацию про реализацию эквивалента увеличения разрядности измерения АЦП переменного сигнала на фоне шума?

Вот привязались к разрядности! Давайте изменим формулировку и будем оперировать не разрядностью АЦП, а точностью измерения сигнала. В конце-концов разрядность АЦП ограничивает точность с которой можно квантовать измеряемый сигнал относительно опорного и назначать ему величину соответствующую дискретным состояниям этого опорного сигнала.

2. Совершенно постоянного сигнала в природе нет. С какой частоты сигнал является постоянным.

Куда это вас понесло? Вы хотите дойти до определения точки? Ну тогда давайте будем считать постоянным такой сигнал, который не изменяется за период времени наблюдения.

3. Нельзя ли сделать так. Отдельно измерить постоянную и переменную составляющие. Затем по Вашей методике увеличить разрядность переменной составляющей, оставив постоянную в покое?

Можно конечно разделить переменную и постоянную составляющую сигнала. И измерять их по отдельности тоже можно. Более того, так довольно часто делают. Вопрос лишь в том, что именно вам требуется-то? Увеличение разрядности это ведь не самоцель, а лишь прием для увеличения точности измерения при ограниченных возможностях аппаратуры.

P.S. вдогонку, чтобы заранее исключить другие не очень умные вопросы.
Измерить означает сравнить с чем-либо.
АЦП сравнивает измеряемый сигнал с какой-либо долей опорного сигнала. Разрядность АЦП определяет эту самую долю опоры относительно которой дискретизируется измеряемый сигнал.

[shasik]

Напоминает разговор глухого с немым.
rezident и Прохожий говорят, о разных вещах. По-моему Прохожий под рязрядностью понимает просто абсолютное значение числа, полученного от АЦП. Т.е. если АЦП вместо 1023 будет выдать 65535, то будет счастье. Отсюда и предложение делить на 8.

Возникает вопрос: если результат АЦП - 24 бита, при этом при постоянном уровне сигнала имеется разброс показаний +/-512, понравятся ли вам такие 24 бита. Видели в pdf-ах на АЦП такой параметр как количество "нешумящих" разрядов (sorry за волность перевода)?

Вам предлагают следующее: если есть смесь сигнала с шумом, то неизбежно будет какой-то "дребезг" показаний даже идеального АЦП. Этот дребезг определяется дисперсией шума. Но как правило шум имеет нулевое мат. ожидание, т.е. если в идеале сложить много-много-много измеренных показаний АЦП, то мы можем получить "чистый сигнал", т.к. сумма всех отсчетов шума даст 0. Это в идеале. Но выше головы этот метод прыгнуть не даст. Для получения идеального нуля, необходимо сложить бесконечное количество отсчетов. Это еще на первом курсе в голову вбивают: можно разменять скорость на точность (вероятность ошибки). Разрядность при этом не повышается, снижается количество "шумовых" битов. Так надеюсь понятнее.

А если Прохожему нужна научная база для исследований, то поистине кладезем ответов для него будет любой учебники по статистической радиотехнике и теории кодирования. Там же можно найти и формулы по оптимальному отношению сигнал/шум для многих-многих случаев. Читайте, а через пару лет приходите снова.

Сообщение отредактировал shasik - Nov 19 2006, 03:15

[Прохожий]

Откуда столько эмоций? Непонятно... Я может быть вообще не учил эту... как его там... статистическую радиотехнику. Поэтому и спрашиваю.
За ответ, тем не менее, спасибо.