Прочитал сейчас из "Науки и Жизни" за 11/2006

В голове обычной комнатной мухи скрыт мозг, состоящий примерно из миллиона нейронов, принимающих сигналы от 48 тысяч клеток сетчатки глаз. На основе информации от глаз 18 пар летательных мускулов получают приказы мозга об изменении направления и скорости полёта. Исследования показали, что в полёте сетчатка глаз мухи активно вибрирует, так что изображение попеременно попадает на разные светочувствительные элементы. Это позволяет в 40 раз точнее удерживать цель полёта в центре поля зрения, чем при неподвижной сетчатке.

Как-то сразу вспомнилась эта темка

Природа додумалась до этого раньше всех

Когда-то делал моделирование повышения разрядности АЦП добавлением шума.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

АЦП для TFT мониторов c RGB входм делаются на множестве компараторов с последующим переводом в код.
Современный уровень интеграции микросхем позволяет делать такие фокусы без проблем.

Я это к тому написал, что дрожание сетчатки мухи не очень-то на шум похоже. Скорее это (более-менее) синусоидальное дрожание, то есть плавное и периодическое. Именно так можно получить максимальное увеличение разрядности. Разумеется, на не очень быстро меняющемся сигнале.

Принцип такой.
Чем больше период, тем больше разрядов можно вытащить.
И наоборот.
Понятно, что входной сигнал должен быть все более и более похож на постоянный уровень.
Можно наверное доказать, что произведение количества разрядов на полосу пропускания в квадрате...
PS. Это для больших ученых.

По поводу R-2R для компараторных АЦП подумалось следующее.
Никто не запрещает использовать их для создания уровней компарирования.

Природа не терпит периодичности и детерминированности.
Как-то читал, что в биологических системах ( мухе - туда же), в случае навязывания внешнего периодического сигнала тем или иным способом, все равно возникают внутренние преднамеренные сбои, исключающие раскачку системы.
Скорее всего, дрожание сетчаток - случайный процесс с нулевым мат.ожиданием и некоторой корреляционной функцией.

В корне не верно. Дрожание глаз, как и всей мухи происходит из-за взмахов крыльев. То есть строго периодично и монотонно.

У каждого - свой корень.
Летали на мухе ? Измеряли стабильность частоты взмахов ?
Замеряли синхронизацию глаз и крыльев ?
Сильно сомневаюсь..

То, о чем я написал, выявил еще Павлов на собаках на беговой дорожке.
Будете с ним спорить ?

Что же касается теории хаотических систем, то выявлено, что в системе с квазипериодической синхронизацией может возникать "странный нехаотический аттрактор", что рассматривается как
сценарий разрушения синхронизации.

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.

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

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.

Если смотреть спереди или сзади, результат меняется.


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.

Смысл темы в том, как выжать больше из того, что встроено в процессор и изменить проблематично или нежелательно. Другими словами, как улучшить показатели процессорного АЦП программным путём. Это можно сделать без проблем. Разумеется за счёт оверсэмплинга. Но не только.
Хотите постебаться?
-Найдите себе подходящую публику где-нибудь в другом месте.

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.

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.



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.

Вопрос новичка.
Может кто ни будь подсказать, как обратно синхронизировать данные внутри плис,
если используются для повышения частоты оцифровки два ацп, смещенные друг относительно друга на полуфазу ?

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!

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


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


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

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

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?

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?


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.

Уж не хотите ли Вы сказать, что там многоразрядные АЦП стоят?

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

Изначальный вопрос очень интересный, и начало обсуждения вселяло надежды на прояснение этого вопроса. Жаль, что обсуждение уехало в OffTopics.

Если ты такой умный, говори конкретно и по делу. Если я тебе скажу, что даже диф.нелинейность реального АЦП можно улучшить и в след за этим увеличивать разрядность, то характеристики реального (не слишком хорошего) АЦП однозначно улучшатся. О чём вообще ваши посты?
Расшифруйте это высказывание так что б всем было понятно. И перестаньте изъясняться намёками. Лично меня уже достало искать в каждой вашей незаконченной фразе глубокий смысл. Которого там и нет. Если есть аргументы - выкладывайте...

Moderator:
Поспокойнее, пожалуй, стоит быть всем.

Не обращайте внимания.

А по поводу Вашего вопроса в еначале темы - посмотрите статью http://www.analog.com/UploadedFiles/Applic...65654AN-410.pdf , в ней немного на пвльцах, но как размазывать DNL АЦП через dither, описано. Кроме того есть много очень полезных практических советов.

Ну а использование усреднения (фильтрации) очень может Вам помочь. Пример тому личный практический опыт - АЦП AD6644 (14 разрядов), DDC AD6620, имаксимальный входной сигнал 0.5В, частота дискретизации 60МГц. Синус с генератора частотой 7МГц и уровнем 0.1мкВ эффективного на выходе фильтра с полосой примерно 3кГц после очень сильного (256 раз) усреднения спектров возвышался над шумовой дорожкой на 10дБ. Можете посчитать, во сколько раз уровень этого сигнала был меньше единицы младшего разряда.

Спасибо за ссылку.


Легкая прикидка.
Шум стал на уровне 0.03 мкВ при дискрете АЦП около 30 мкВ.
Снижение полосы пропускания в 2000 раз.
Изначальный шум где-то 5 дискрет, т.е. 150 мкВ (5 дискрет АЦП до фильтра).
За счет усреднения 16 раз, остальное за счет фильтра.
Если не напутал, то вроде так.
Если не так - поправьте (голова к концу дня уже плохо соображает).

Примерно так. Сейчас проверить не могу. RMS шума сигнала с АЦП был около 100мкВ (измерял, правда, не я), что дает SNR где-то на 3-4дБ хуже, чем по описанию АЦП.

Немного уточню.
Снижение полосы пропускания было не в 2000, а в 10000 раз. То есть, шум, приведенный ко входу АЦП, был примерно 250-300мкВ. Но тут шумело всё - тракт до АЦП, АЦП, NCO DDC (на таких уровнях уже может проявляться, да и частота "кривая"), недофильтрованные полосы при децимации (в AD6620 был включен режим максимального коэффициента децимации, а допустимо ли это для заданного уровня шумов в полосе, я не считал), генератор тоже шумел.
100мкВ RMS шума АЦП был измерен при неподключенном входе модуля и минуя DDC.
Кроме того, у АЦП при наличии шума на входе, соизмеримого с минимум 1 ЕМР, есть свойство "вытягивать" сигналы, которые по уровню значительно (раз в 10) меньше ЕМР.
Но смысл не в этом, а в том, о чем тут уже говорили, - при определённых условиях (очень на пальцах, но чем меньше полоса сигнала по сравнению с частотой дискретизации, тем лучше) последующей обработкой эффективную разрядность уже условного АЦП вытянуть можно. В приведенном мной примере прибавка была примерно в 6 разрядов.
Это, кстати, относится и к однорязрядным АЦП (компараторам). Там, правда, есть еще одно (ИМХО, экспериментально полученное) правило, но это уж другая песня.

И какое же отношение С/Ш на выходе этих модуляторов?

Дык, это и ежу понятно. Отсюда и выходные значения С/Ш, которые соответствуют "16 и более разрядов".

Тема уже истоптана и обсосана не раз. Тем, кому интересно, рекомендую воспользоваться поиском по форуму.

Вкратце:
1. Передискретизация с последующей НЧ фильтрацией в цифрЕ, при наличии достаточно мощного (~0,3-0,5 МЗР СКЗ) белого в полосе преобразования шума способна уменьшить шумы дискретизации примерно в , где - степень передискретизации. Вопрос увеличения разрешающей способности больше философский; на мой взгляд, правильно его определить количеством возможных выходных состояний системы. Это эквивалентно увеличению двоичной разрядности на . Впрочем, на данном положении не настаиваю - статистический подход через плечо не перебросишь.
2. Для увеличения точности за счёт уменьшения дифференциальной нелинейности АЦП (о ней почему-то все забыли) шум нужно делать несколько бОльшим (~1-2 МЗР СКЗ). Степень передискретизации, если шум именно белый в полосе, нужно делать также более высокой, для ослабления влияния шума на результаты преобразования.
3. Для того, чтобы увеличить шумы дискретизации АЦП при меньших степенях оверсэмплинга, шум нужно подмешивать внеполосный, т.е., который не залезает в интересующую нас спектральную область. Тогда отношение удаётся во много раз превысить, и приблизиться к заветному увеличению числа эффективных разрядов.

Ну наконец-то хоть один вменяемый человек указал цифру, большую чем корень из N. Я понимаю, что тема изтоптана, но тут ещё есть люди, которые с умным видом (ещё и искренне) доказывают обратное.

Единственное, что меня всё ещё интересует, это - неужели всё делается через шум только? Неужели подмешивание более предсказуемого сигнала (синуса, пилы, которые и сформировать-то проще) не улучшит степень приближения к заветному логарифму?

Подмешивайте любое внеполосное, лучше более высокочастотное. Но обо всем этом написано в статье по ссылке, которую я привел. И про уровни там тоже написано. Уровни по статье немного (в разы) большие приводятся, чем 1-2 ЕМР.
Вот еще одна статья -http://www.analog.com/en/content/0,2886,760%255F%255F91251%255F65,00.html

Да такое же, как у компаратора, хреновое то есть, на всей частотной оси.


Как видите, ежу это как раз и не понятно.

А нелинейностей у АЦП пруд пруди. Их можно называть всякими разными красивыми и не очень словами. Большую часть из них можно размазывать по спектру подмешиванием шумов, а лучше внеполосных сигналов (не важно, шумов или набора синусов), о чем и речь шла.


С этим полностью согласен.

Вот насчет прибавки в 6 разрядов - это самообман. Реально это 4. Остальное все понятно.
Интересно услышать про экспериментально полученное правило (если это не ноу-хау).


Да и я об этом.
PS. Единственное, что могу сказать, корень квадратный - это без проблем, а логарифм - это от лукавого.

Ну так имеется ввиду статистически, в среднем. Смотря по какому объему выборок/периоду интегрирования смотреть. Все равно если на входе системные нч шумы, то приходится это долго делать, N получается в этом случае большая.

Это понятно.
На примере.
Для 256 выборок.
Корень квадратный = 16 раз или 4 разряда,
а логарифм - 8 разрядов.
6 разрядов - саломоново решение.
Тут видна разница между:
- пессимистами - 4 разряда:
- реалистами - 6 разряда;
- оптимистами - 8 разрядов.

При сужении полосы в 256 раз ( по количеству выборок) полоса в частотной области сужается в 128 раз. Все сходится вроде бы...

С частотной полосой все ясно. Речь немного о другом.
Пусть для начала имеем постоянный сигнал.
Его измеряем 256 раз, т.е. имеем выборку из 256 значений.
Отклонения от среднего (среднеквадратичного) подчиняются закону нормального распределения погрешности (т.е. чем больше отклонение, тем реже и наоборот) причем в этой формуле есть квадратная зависимость (экслоненциальная там тоже есть, но понимание этой формулы не для среднего ума ). Я в первую очередь имею ввиду себя.
http://teorver-online.narod.ru/teorver33.html

Дело наверно и есть в том, что понимать под эффективным числом разрядов. Число возможных значений повысить ес-но можно, это банально. Но, ежели 10 битный АЦП имеет интегральную нелинейность (ИН) +-1МЗР, то соответствующий "16 битный" будет иметь +-64МЗР ИН и соответвенно такую же точность. Насколько корректно называть его 16 битным?
Подобный подход можно использовать в случаях, где достаточно монотонности, а точность особого значения не имеет.

Корректно в смысле разрешающей способности. но, разумеется, говорить, например о "24-битной точности", что здесь довольно часто происходит, ни в какие ворота не лезет.

В том-то и дело, что очень часто в реальных ситуациях многоразрядные АЦП приходится применять для большого дин.диапазона, и требования к ним в одном - в монотонности. Для этого можно применять и малоразрядный, но высокоскоростной АЦП (как и в приведённой чуть раньше статье от Analog Devices) с хорошими показателями линейности. Разумеется эту линейность доп. обработкой не поднять, если только это не диф.нелинейность.