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? 

[Alexashka]

В общем попробовал все о чем говорили на модели. Что получилось: 

1) При интерполяции сигнал восстанавливается очень хорошо, с меньшей амплитудой правда, но она меньше у всех импульсов, что можно списать на завал частотки в усредняющем окне.

2) Ввел функцию замера SINAD для исходного сигнала и прореженного. Для проверки брал синус 60Гц с наложенным на него белым шумом с таким соотношением амплитуд, чтобы получить сигнал/шум=2 (6дб).

В прореженном сигнале сигнал/шум увеличился на 10,8дб. Не знаю на сколько это хорошо, но получается близко к 12дб (что соответсвует увелич.разрядности на 2 бита). См.рисунок 1.

3) Добавление пилы с амплитудой =10 LSB незначительно уменьшает сигнал/шум. См. рисунок 2. Видно что появилась палка на 250Гц на спектре исходного сигнала. Сама пила показана на рисунке 3.

4) Пила при усреднении остается и в прореженном и в интерполированном сигнале (рисунок 3, красный и фиолетовый лучи).







5) Все ясно! Пилу надо было брать с частотой прореженного сигнала (500Гц), тогда она полностью удаляется при децимации и не ухудшает сигнал/шум (рис.4) 

[sup-sup]

А зачем Вы добавляете шум в полосе?Это некорректный эксперимент. Естественно, если шум белый, то получится 'ожидаемый' результат. А если цель - увеличить эффективную разрядность, то в полосу ничего добавлять не надо, кроме маленького сигнала. Сигнал должен помещаться внутри младшего разряда. Нужно посмотреть исходный результат, а потом добавить внеполосный шум или треугольник.

[Alexashka]

А зачем Вы добавляете шум в полосе?Это некорректный эксперимент. Естественно, если шум белый, то получится 'ожидаемый' результат. А если цель - увеличить эффективную разрядность, то в полосу ничего добавлять не надо, кроме маленького сигнала. Сигнал должен помещаться внутри младшего разряда. Нужно посмотреть исходный результат, а потом добавить внеполосный шум или треугольник.

Ну это предложение alexkok, мне показалось интересным и простым в реализации. Справедливости ради нужно отметить, что на малых амплитудах С/Ш увеличивается при наложении треугольника (он оказался лучше, чем пила), оптимальная его амплитуда составляет 0,5 LSB. Например для синуса с амплитудой=2LSB сигнал/шум улучшается с 11,4 до 33дб. Так что метод наложения пилы(треугольника) с f=fdecim работает хорошо на малых амплитудах.


И мне кажется такой сигнал можно считать внеполосным поскольку он полностью подавляется усредняющим окном, а Вы предлогаете как сделать -подать скажем 2кГц и потом до децимации отфильтровать их?

update. Не сразу дошло о чем Вы говорите . Понял, дополнительный шум не нужен, он итак будет изза дискретности уровней. Ок, завтра проверю!
P.S. Спасибо за помощь и как говорят ребята из South Park'а "мы многое поняли сегодня..."))