Передискретизация и увеличение разрядности АЦП, вопрос по реализации Опции

[Alexashka]

Всем добрый день!

Встала такая задача: у имеющегося 10-битного АЦП нужно повысить эффективную разрядность до 12 бит. 

Структуру дельта-сигма АЦП вполне представляю, но там отсчеты фильтруются sinc-фильтром высокого порядка. А мне бы нужно попроще, с минимумом вычислений.

Прочитал эту статью  Enhancing_ADC_resolution_by_oversampling.pdf ( 117.96 килобайт ) Кол-во скачиваний: 561
однако остались вопросы. Например я делаю передискретизацию в 16 раз. Т.е это означает увеличение эфф.разрядности на 2 бита. При должной фильтрации наверно так и будет. Но в статье предлогается брать сумму по группам из 16 отсчетов. Внутренний голос подсказывает, что при этом произойдет увеличение шумов в корень из 16 раз, т.е в 4 раза (если считать в LSB). Однако вес одного LSB теперь будет в 16 раз меньше (входной диапазон напряжений АЦП остался тем же, а диапазон "кодов" на выходе сумматора вырос в 16 раз). Т.е если перевести полученный с сумматора код в "вольты", то эффективный шум вроде как уменьшается в 4 раза. Так ли это и какой смысл после этого делать деление на 16 -сигнал станет чище конечно, но шумы квантования при этом возрастают? 

[sup-sup]

Всем добрый день!
Встала такая задача: у имеющегося 10-битного АЦП нужно повысить эффективную разрядность до 12 бит. ..

Делал что-то подобное с 12-битным ADS788. Нужна была полоса до 100 кГц, а частоту сэмплирования можно было выбрать до 2 МГц (при питании 3.3В). В первую очередь подыскал АЦП, чтобы SFDR (Spurious free dynamic range) (кроме подходящей цены, скорости, и т.д..) был бы побольше, чем как для 12 бит. У ADS788 он 86 дБ как раз на 100 кГц, что соответствует примерно 14 разрядам. Сделал пробные оцифровки с частотой примерно 1500 ksps, посмотрел сигнал и сделал по нему спектр и спектрограмму (много раз с разными настройками). Действительно, получил нижний уровень не хуже -90 дБ относительно полной шкалы. Дальше было все понятно - делать FIR фильтр, децимацию. Кроме того, что внутренние шумы оказались меньше одного шага квантования, что приводило к тому, что при оцифровке сигнала, меньшего чем шаг квантования, АЦП выдавал один и тот же код длительное время. Естественно, это приводило к тому, что фильтровать на некоторых существенных отрезках было нечего. Выкрутился тем, что вне полосы подал тон (хотел шум, но простого меандра хватило) с уровнем выше шага квантования и тогда действительно был получен уровень -90 дБ.
Выводы сделал такие, что 1) - нужен АЦП с 'повышенной внутренней разрядностью', пусть хоть он 8-битный и 2) - возможно, для улучшения диапазона в полосе придется добавить шум вне полосы, который потом отфильтровать (почти как в сигма-дельте).
Для оценки фильтра можно применить тот же FFT анализ, подбирая подходящее окно, которое и является импульсной характеристикой фильтра. Понятно, применение прямоугольного окна (что эквивалентно простому суммированию, допустим, по 16 точек) менее эффективно, чем сглаживающего окна. И надо при выборе окна обязательно знать его частотную характеристику, чтобы в полосе сигнала получить единичную передачу (или какая нужна), а все, что вне полосы задавить на минимально необходимую величину.

Сообщение отредактировал sup-sup - Apr 1 2011, 19:12

[rezident]

возможно, для улучшения диапазона в полосе придется добавить шум вне полосы, который потом отфильтровать (почти как в сигма-дельте).

Дык наличие внеполосного шума это как бы обязательное условие для такого способа повышения разрядности. Иначе выходит то, что у вас и получалось.

при оцифровке сигнала, меньшего чем шаг квантования, АЦП выдавал один и тот же код длительное время

и никакого повышения разрядности не происходит.

[sup-sup]

Дык наличие внеполосного шума это как бы обязательное условие для такого способа повышения разрядности. Иначе выходит то, что у вас и получалось.
и никакого повышения разрядности не происходит.

Ну да, обязательное. Но этот шум может быть и естественным - зачем тогда стараться делать искусственный. В тестовой системе у меня был импульсный источник питания, так его хватало. Но потом его не стало и эффект вылез.

Сообщение отредактировал sup-sup - Apr 1 2011, 19:21