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

[ViKo]

Понятно, применение прямоугольного окна (что эквивалентно простому суммированию, допустим, по 16 точек) менее эффективно, чем сглаживающего окна.

А почему? Где бы увидеть математическое доказательство?
Одно дело - обрезать полосу сигнала, а другое - понизить его шум. Или нет?

[sup-sup]

А почему? Где бы увидеть математическое доказательство?
Одно дело - обрезать полосу сигнала, а другое - понизить его шум. Или нет?

К сожалению, с математикой трудновато. На пальцах как то понятно, что отфильтровать перед децимацией нужно все, что потом гармошкой сложится в рабочую полосу и не повысит существенно там шум. Так как прямоугольное окно дает sin(x)/x АЧХ, ясно,что это хуже того, что можно получить более оптимальным КИХом. Но может и хватить. Наверное (точно), это (выбор фильтра) зависит от наличия дополнительных внеполосных помех (кроме шума квантования). Все, что лежит выше частоты Найквиста (после децимации) должно быть отфильтровано (до децимации), да так, чтобы не было следов ни шумов квантования, ни любых возможных помех (в пределах заданного себе же порога). Если для этого хватает прямоугольного окна в конкретном случае, то и нормально. Можно прикинуть на пальцах, а можно просимулить в Матлабе сколько надо дБ (20 или 60).

Сообщение отредактировал sup-sup - Apr 2 2011, 13:55