Как поднять разрешающую способность АЦП, с 10-разрядов до 12..16 разрядов Опции

[GetSmart]

Меня интересует принципиальная возможность такой махинации. Точнее я знаю что это можно сделать и есть кое-какие соображения, но хотелось бы услышать мнения больших специалистов, чем я.

Самый банальный вариант - усреднение результата в скользящем буфере. Буфер из 8 элементов может увеличить разрешающую способность на 3 бита. Это в идеале конечно, и с некоторыми оговорками

Вообще, подразумевается что есть процессор с 10-битным быстродействующим АЦП. Требуется увеличить время преобразования (получения результата) с целью увеличения его точности.

Особо меня впечатлил принцип действия дельта-сигма АЦП ADS1216, у которого точность (разрядность) находится в очень интересной зависимости от количества измерений. При одинаковых настройках (Fmod/Fdata=500) и одном измерении точность = 14 разрядов. При двух таких же измерениях точность = 18 разрядов. При трёх = 20.

Прошу спецов высказать уже известные решения, а так же (гениальные ) идеи.

[rezident]

"Любой R-2R АЦП" совсем не обязательно SAR. Он может и параллельного типа быть. А параллельному АЦП схема выборки/хранения не требуется.

[Oldring]

"Любой R-2R АЦП" совсем не обязательно SAR. Он может и параллельного типа быть. А параллельному АЦП схема выборки/хранения не требуется.

Названия микросхем не подскажете? Любопытно взглянуть. R-2R по сути АЦП последовательного приближения, и если существуют паралелльные реализации - очень любопытно, как при этом гарантируют стабильность цифрового выхода во время считывания кода?

[rezident]

Названия микросхем не подскажете? Любопытно взглянуть. R-2R по сути АЦП последовательного приближения, и если существуют паралелльные реализации - очень любопытно, как при этом гарантируют стабильность цифрового выхода во время считывания кода?

С зарубежными АЦП параллельного преобразования я не работал. А из отечественных навскидку пожалуй только К1107ПВ1 и К1107ПВ2 назову. Стабильность показаний цифрового выхода в них естественно регистровой синхронизацией обеспечивается. Насколько я помню, там как минимум два параллельных регистра друг за другом включены. И данные, соответствующие текущему входному сигналу, на выходе только на второй или на третий тактовый импульс появляются.

[Oldring]

С зарубежными АЦП параллельного преобразования я не работал. А из отечественных навскидку пожалуй только К1107ПВ1 и К1107ПВ2 назову. Стабильность показаний цифрового выхода в них естественно регистровой синхронизацией обеспечивается. Насколько я помню, там как минимум два параллельных регистра друг за другом включены. И данные, соответствующие текущему входному сигналу, на выходе только на второй или на третий тактовый импульс появляются.

Залез в советский справочник.

К1107ПВ1. Никакой не R-2R. Цепочка резисторов. 63 компаратора, шифратор, регистр. При этом на структурной схеме вход клока почему-то проведен также и до цепочки компараторов.)

К1107ПВ1. Также написано, что это параллельный АЦП. По нарастающему фронту тактового импульса запоминается аналоговый сигнал с задержкой 10-15 нс. По спадающему - производится кодирование. По следующему нарастающему - производится запись в выходной регистр. Так написано в справочнике. Такой вот конвейер. Разумно предположить, что структура этого АЦП подобна К1107ПВ1, только больше компараторов, и запоминание уровня входного сигнала осуществляется в самих компараторах - это триггеры, сваливающиеся в одно из устойчивых состояний в заданное время.

Так что, никакие это не параллельные R-2R.

[Alex255]

Залез в советский справочник.

К1107ПВ1. Никакой не R-2R. Цепочка резисторов. 63 компаратора, шифратор, регистр. При этом на структурной схеме вход клока почему-то проведен также и до цепочки компараторов.)

К1107ПВ1. Также написано, что это параллельный АЦП. По нарастающему фронту тактового импульса запоминается аналоговый сигнал с задержкой 10-15 нс. По спадающему - производится кодирование. По следующему нарастающему - производится запись в выходной регистр. Так написано в справочнике. Такой вот конвейер. Разумно предположить, что структура этого АЦП подобна К1107ПВ1, только больше компараторов, и запоминание уровня входного сигнала осуществляется в самих компараторах - это триггеры, сваливающиеся в одно из устойчивых состояний в заданное время.

Так что, никакие это не параллельные R-2R.

Тоже с некоторым изумлением увидел это название.
К SAR АЦП это еще можно как то приделать, если там используется R-2R ЦАП (а не АЦП!), но все равно не очень удачно. К параллельному АЦП это никакого отношения не имеет. Скорее там 2^N*R АЦП

[alexander55]

Тоже с некоторым изумлением увидел это название.
К SAR АЦП это еще можно как то приделать, если там используется R-2R ЦАП (а не АЦП!), но все равно не очень удачно. К параллельному АЦП это никакого отношения не имеет. Скорее там 2^N*R АЦП

SAR в параллельном АЦП, конечно, нет. А есть только компараторы.
В задающей цепи можно использовать линейку одинаковых резисторов, но возникает некоторая проблема с одинаковостью выходного сопротивления задающей цепи для компараторов (хотя это при большом сопротивлении входа, не проблема). Любопытно взглянуть на схемотехнику параллельных АЦП.

[Alex255]

SAR в параллельном АЦП, конечно, нет. А есть только компараторы.
В задающей цепи можно использовать линейку одинаковых резисторов, но возникает некоторая проблема с одинаковостью выходного сопротивления задающей цепи для компараторов (хотя это при большом сопротивлении входа, не проблема). Любопытно взглянуть на схемотехнику параллельных АЦП.

Насколько помню, совесткие flash 8 разр. именно так и делались - цепочка 2^N резисторов, компараторы и дешифратор. Сопротивления там не слишком большие, если все заведомо меньше входного сопр. компаратора, то проблем нет

[alexander55]

...и дешифратор.

Точнее шифратор (дешифратор наоборот).

[Alex255]

Точнее шифратор (дешифратор наоборот).

Наверное. Я их путаю, как право и лево
И все-таки интересно, удалось ли в конце концов поднять разрешающую способность АЦП "с 10 бит до 12-16"? Предлагаю поднимать с 1 бита.

[alexander55]

Наверное. Я их путаю, как право и лево

Если смотреть спереди или сзади, результат меняется.

И все-таки интересно, удалось ли в конце концов поднять разрешающую способность АЦП "с 10 бит до 12-16"?

Из моих опытов.
Когда я работал с платами оцифровки ф. Руднев-Шиляев при измерении температур это удавалось за счет оверсемплинга (закон корня квадратного). При этом выборки сохранялись для отчетности.
В микроконтроллерах для фильтрации показаний каких-либо датчиков для визуализации (для снижения требований по объему RAM), я использую цифровые фильтры. Рекурсивность учитывает интегральную состовляющую.
Результат аналогичный.
Выборки сохранять при этом необязательно.

[Alex255]

Из моих опытов.
Когда я работал с платами оцифровки ф. Руднев-Шиляев при измерении температур это удавалось за счет оверсемплинга (закон корня квадратного). При этом выборки сохранялись для отчетности.
В микроконтроллерах для фильтрации показаний каких-либо датчиков для визуализации (для снижения требований по объему RAM), я использую цифровые фильтры. Рекурсивность учитывает интегральную состовляющую.
Результат аналогичный.
Выборки сохранять при этом необязательно.

Уникально. А при помощи компаратора 16 бит не пробовали получить? Длительным усреднением.
Принципиально здесь то, что Вы не знаете что получаете таким способом. Вероятно по этой причине когда нужно 16 разрядов разработчики берут честный 16 битный АЦП и не морочат другим голову.

[alexander55]

Уникально. А при помощи компаратора 16 бит не пробовали получить? Длительным усреднением.

Этим пусть большие ученые занимаются.

Принципиально здесь то, что Вы не знаете что получаете таким способом.

Отнюдь. Слышали про теорию вероятности ? А про нормальный закон распределения погрешности.
Уверен, что знаете.

Вероятно по этой причине когда нужно 16 разрядов разработчики берут честный 16 битный АЦП и не морочат другим голову.

Речь идет о возможности получения большего разрешения при наличии какого-то фиксированного при при наличии резерва времени как по времени оцифровки АЦП, так и по потребностям в выходном значении АЦП. Например, АЦП встроен в uC, а ставить внешний - это увеличение различных затрат.
PS. Если я правильно понял автора.

[Alex255]

Этим пусть большие ученые занимаются.
Отнюдь. Слышали про теорию вероятности ? А про нормальный закон распределения погрешности.
Уверен, что знаете.
Речь идет о возможности получения большего разрешения при наличии какого-то фиксированного при при наличии резерва времени как по времени оцифровки АЦП, так и по потребностям в выходном значении АЦП. Например, АЦП встроен в uC, а ставить внешний - это увеличение различных затрат.
PS. Если я правильно понял автора.

Про теорию вероятности слышал, и про НР тоже . Только вот нормальное здесь и не годится как раз. Годится казалось бы равномерное распределение шумов в пределах хотя бы младшего бита. Но увы, достаточно открыть любой даташит и посмотреть "DC characteristics". Там и интегральная нелинейность, и смещение и тп. И только в лучшем случае они имеют порядок 1МЗР. Поэтому шумовое усреднение здесь совершенно не катит - получите все что угодно - некую иллюзию точности, не более того. То бишь, если документированную разрядность получите - уже хорошо.

Сообщение отредактировал Alex255 - Feb 1 2008, 16:45

[alexander55]

Только вот нормальное здесь и не годится как раз. Годится казалось бы равномерное распределение шумов в пределах хотя бы младшего бита.

Совершенно не согласен. Нормальный закон распределения погрешности измерений, как раз для измерений. А чем Вы будете мерять АЦП или чем-то другим - это без разницы.

Там и интегральная нелинейность, и смещение и тп. И только в лучшем случае они имеют порядок 1МЗР. Поэтому шумовое усреднение здесь совершенно не катит - получите все что угодно - некую иллюзию точности, не более того. То бишь, если документированную разрядность получите - уже хорошо.

Каша, каша.
В теории измерений есть понятие систематической (постоянной) погрешности. Она может учтена и скомпенсирована.
PS. М.б., она называется инструментальной (у меня склероз крепчает). Если это нужно, то можно уточнить в литературе по измерениям.

[Alex255]

Совершенно не согласен. Нормальный закон распределения погрешности измерений, как раз для измерений. А чем Вы будете мерять АЦП или чем-то другим - это без разницы.

Это Ваше личное дело
Я ж не зря о компараторе вспомнил - 1битное АЦП. Подумайте получше.

Каша, каша.
В теории измерений есть понятие систематической (постоянной) погрешности. Она может учтена и скомпенсирована.
PS. М.б., она называется инструментальной (у меня склероз крепчает). Если это нужно, то можно уточнить в литературе по измерениям.

Вы хотите сказать что при интегральной нелинейности скажем 1МЗР Вы можете получить точность в доли МЗР? Действительно каша

С одного, не с одного, но для полосового сигнала это общепринятая тривиальщина. Называется
process gain. Используется не учёными, а практически в DDC
http://search.analog.com/search/default.as...in&local=en
На постоянной составляющей не получится, а в остальном - всегда!

При чем здесь
- полосовой сигнал (а что это - по русски можно?)
- procces gain
- ученые
- DDC (DDS быть может?)
- постоянная составляющая?

[fontp]

При чем здесь
- полосовой сигнал (а что это - по русски можно?)
- procces gain
- ученые
- DDC (DDS быть может?)
- постоянная составляющая?

Читайте по ссылке материалы AD про process gain, там всё написано

На пальцах это выглядит так:

- если полосовой сигнал оцифрован с оверсамплингом;
- вы действительно можете иметь хоть однобитовое АЦП и не иметь шума квантования;
- поскольку вы можете цифровой фильтрацией подавить шумы квантования (широкополосные)
как отношение полосы АЦП/полосе сигнала и иметь как угодно большим сигнал/[шум квантования]
- реально это ограничено джитером выборки АЦП
- это используется повсеместно в приёмниках на DDC
- такие трюки не работают вблизи 0 частот из-за температурного и прочего дрейфа. то есть потому что вблизи частотного 0 собственный физический шум АЦП не белый и как угодно большой

[Alex255]

Читайте по ссылке материалы AD про process gain, там всё написано

На пальцах это выглядит так:

- если полосовой сигнал оцифрован с оверсамплингом;
- вы действительно можете иметь хоть однобитовое АЦП и не иметь шума квантования;
- поскольку вы можете цифровой фильтрацией подавить шумы квантования (широкополосные)
как отношение полосы АЦП/полосе сигнала и иметь как угодно большим сигнал/[шум квантования]
- реально это ограничено джитером выборки АЦП
- это используется повсеместно в приёмниках на DDC
- такие трюки не работают вблизи 0 частот из-за температурного и прочего дрейфа. то есть потому что вблизи частотного 0 собственный физический шум АЦП не белый и как угодно большой

Да начитался я подобного добра уже выше крыши. Вы надеюсь понимаете, что отношение сигнал/шум и разрядность АЦП суть вещи различные? Шум квантования задавить без проблем, а вот разрядность повысить увы...

Сообщение отредактировал Alex255 - Feb 11 2008, 15:56

[fontp]

Да начитался я подобного добра уже выше крыши. Вы надеюсь понимаете, что отношение сигнал/шум и разрядность АЦП суть вещи различные? Шум квантования задавить без проблем, а вот разрядность повысить увы...

Так Вам шашечки или ехать? В каком смысле вам нужна разрядность, если шум квантования отсутствует? Если теоретически при определённых условиях Вы можете иметь сигнал без шума АЦП,
независимо от его низкой разрядности

[Alex255]

Так Вам шашечки или ехать? В каком смысле вам нужна разрядность, если шум квантования отсутствует? Если теоретически при определённых условиях Вы можете иметь сигнал без шума АЦП,
независимо от его низкой разрядности

Спасибо я пешком постою
Для чего нужна разрядность... Приехали.
Для того что бы получить точность порядка 1/2^N, которую никаким усреднением не получите. Действительно непонятно?

Никакого "увы" тут нет. Посмотрите, например, на дельта-модуляторы - там одноразрядный АЦП.
Посмотрите на дельта-сигма модуляторы - там тоже АЦП одноразрядный. Но на выходе 16 и более разрядов.
Вся прелесть у этого безобразия в:
1. Переносе частотной полосы шума квантования зело вверх.
2. Фильтрация этого шума в цифре после модулятора в неинтересующей полосе.
3. По утверждению знатоков этого дела (см. analog.com) одноразрядный АЦП не имеет нелинейных искажений, то есть он практическии линеен (с точки зрения нелинейки... Бррр, ну и гадость я щас написал). Соответственно, Ваш довод по поводу того, что "что отношение сигнал/шум и разрядность АЦП суть вещи различные", требует некоторого уточнения.

А интересно, что Вы читали по этому поводу?

Я думаю что источники у нас не слишком отличаются. Вопрос только в том, что чтение одного и того же приводит к различным результатам
Вы не уловили в Ваших источниках разницу между однобитным АЦП и дельта-сигма модулятором?
Вы не уловили также разницу между дельта-сигма модулятором и собственно дельта-сигма АЦП?
Попробуйте прочитать еще раз.

[729]

Вы не уловили в Ваших источниках разницу между однобитным АЦП и дельта-сигма модулятором?
Вы не уловили также разницу между дельта-сигма модулятором и собственно дельта-сигма АЦП?

А я разницу между однобитным АЦП и дельта-сигма модулятором (или дельта-сигма АЦП) и не собирался улавливать - это вещи разные, один входит в состав другого.
Я предлагаю определиться с терминами. Ибо что-то у меня сомнения есть, что многоразрядные АЦП в Вашей терминологии, существуют в природе, то есть изобретены и используются человечеством.
Определите, пожалуйста, что в Вашем понимании N-разрядный АЦП?

[Alex255]

А я разницу между однобитным АЦП и дельта-сигма модулятором (или дельта-сигма АЦП) и не собирался улавливать - это вещи разные, один входит в состав другого.
Я предлагаю определиться с терминами. Ибо что-то у меня сомнения есть, что многоразрядные АЦП в Вашей терминологии, существуют в природе, то есть изобретены и используются человечеством.
Определите, пожалуйста, что в Вашем понимании N-разрядный АЦП?

Это уже не ко мне... К психиатру