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]

Вообщем при наложении треугольника A=1LSB происходит какбы разравнивание спектра, отдельные пички размываются в более низкие и широкие. Сигнал/шум в некоторых случаях увеличивается, в некоторых уменьшается, я бы сказал 50/50.
Слева сигнал без наложения, справа- с наложением треугольника Амп=1LSB, 500Гц. Сигнал/шум увеличился всего 0,5дБ, но SFDR возрос прилично.

 

[alexkok]

Вообщем при наложении треугольника A=1LSB происходит какбы разравнивание спектра, отдельные пички размываются в более низкие и широкие. Сигнал/шум в некоторых случаях увеличивается, в некоторых уменьшается, я бы сказал 50/50.
Слева сигнал без наложения, справа- с наложением треугольника Амп=1LSB, 500Гц. Сигнал/шум увеличился всего 0,5дБ, но SFDR возрос прилично.

При амплитуде 1ЕМР можно попробовать три разряда добавить, а не два.

[Alexashka]

При амплитуде 1ЕМР можно попробовать три разряда добавить, а не два.

Это надо будет в железе пробовать, но сильно задирать частоту оцифровки тоже не могу -проц делает обработку на низкой частоте. Тогда уж проще другой АЦП брать.
PS. Пробовал CIC фильтр 4 порядка - 4интегратора и 4 гребенки с задержкой на 12 (по ссылке что я приводил тут). После него -децимация на 16 (чтобы было все по аналогии с усредняющим окном). АЧХ все как в статье, но С/Ш не увеличивает, а наоборот уменьшает (только на единицах герц немного увеличивает, а гдето с 10Гц и выше - делает хуже). Не понимаю почему так, ведь полоса пропускания такаяже (подогнал) как у усредняющего окна.

[alexkok]

Это надо будет в железе пробовать, но сильно задирать частоту оцифровки тоже не могу -проц делает обработку на низкой частоте. Тогда уж проще другой АЦП брать.

Я не предлагаю что либо менять в железе, или частоту оцифровки.
Я предлагаю после суммирования 16-ти отсчётов отбрасывать не два разряда, а один.
То же самое измерение/моделирование можно сделать для амплитуды 0.5ЕМР и вообще без отбрасывания разрядов после суммирования.

[Alexashka]

Я не предлагаю что либо менять в железе, или частоту оцифровки.
Я предлагаю после суммирования 16-ти отсчётов отбрасывать не два разряда, а один.
То же самое измерение/моделирование можно сделать для амплитуды 0.5ЕМР и вообще без отбрасывания разрядов после суммирования.

SINAD при наложение что 1ЕМР, что 0,5 -получается примерно одинаков. Возможно все дело в том, что я не учитываю диф.нелинейность самого АЦП. Это сложновато сделать, а еще трудней убедится что полученная модель работает адекватно.
Вот, поэтому лучше смотреть сразу в железе.
А так, Вы правы, есть смысл оставить даже все 14 разрядов. Потомучто получается следующее. Исправил один баг в программе и сделал пересчет SINAD в эфф.разряды. Получилось вот что (кол-во оставляемых разрядов | кол-во эффективных разрядов):
10 | 9,8
11 | 10,9
12 | 11,5
13 | 11,8
14 | 12,0
Т.е получается, что реально увеличение разрешения АЦП на 2 бита получается если итоговую сумму вообще не делить.

[ViKo]

По моделированию получено SINAD=74дб, это 12 разрядов. Вы думаете есть смысл оставить 13?

74dB это все-таки чуть больше, чем 12 разрядов. Так что сысл в 13-м есть. Но вопрос, как такое слово хранить, передавать. 12 битов можно компактнее упаковать.

[Alexashka]

74dB это все-таки чуть больше, чем 12 разрядов. Так что сысл в 13-м есть. Но вопрос, как такое слово хранить, передавать. 12 битов можно компактнее упаковать.

Была ошибка в программе- я не округлил число на выходе делителя до int16. Был float и изза этого SINAD получался несколько больше, чем должен быть.
Выше я привел значение для эффективной разрядности, пересчет делал по формуле Nэфф=(SINAD(db) - 1.76) / 6.02

Update: С CIC фильтром 4го порядка разобрался. У него вначале перех.процесс идет просто, выкинул первые 100 отсчетов по выходу фильтра и все стало на место - SINAD стал такойже как и с усредняющим окном