CC BY
48
ЛИТЕРАТУРА
1, Алгазинов Э.К., Бобрешов Л.М., Кравец М.А. Характеристики блокирования входного усилителя на двухзатворном полевом транзисторе// Труды V Всесоюзной НТК “Актуальные проблемы твердотельной электроники”. Таганрог, 1998. С.Ш.
2, Полевые транзисторы на арсениде галлия. Принципы работы и технология изготовления: Пер. с англ. Д.В. Ди лоренцо, Д.Д. Канделуола. М.: Радио и связь, 1998. 496 с.
3, Егудин А.Б., Еленский В.Г., Чкалова О.В. СВЧ-полевые транзисторы с двумя затворами//Зарубежная электроника. №6. 1982. С.80-94.
УДК 681.3.068
Л.К. Самойлов, С Л. Мальцев ДИСКРЕТИЗАЦИЯ СИГ НАЛОВ ЦИФРОВЫХ ДАТЧИКОВ
Таганрогский государственный радиотехнический университет,
347928, г. Таганрог, ГСП-17 А, пер. Иекрасо веки и, 44. тел.: (86344) 61638, e-mail: [email protected]
В последние десятилетия ведутся активные работы по созданию так называемых- цифровых датчиков, которые осуществляют преобразование параметр-цифра, минуя все промежуточные сталии преобразования сигнала в аналоговом интерфейсе. Преимущества такого подхода очевидны. Во-первых, нет унифицирующих преобразователей и связанных с ними проблем динамического диапазона сигнала, шумов, помех и перелачи аналогового сигнала от датчика к унифицирующему преобразователю и от унифицирующего преобразователя к фильтру, коммутатору (дискретизатору) и АЦП. Во-вторых, нет аналогового фильтра, что устраняет инструментальные погрешности фильтра. Коммутация каналов (датчиков) происходит на цифровом уровне, что обеспечивает помехозащищенность, которая отсутствует при коммутации аналоговых сигналов. В большинстве случаев в основу таких датчиков берут эффекты в фоторезисторах, фотодиодах, воло-конно-оптической технике. Это дает дополнительные преимущества гальванической развязке, которая желательна всегда, но есть большое число технических систем, где это условие обязательно. Обязательна гальваническая развязка датчиков в медицинской аппаратуре. Такой длинный перечень преимущества определяет интерес к цифровым датчикам.
При использовании цифрового датчика возникает вопрос о выборе частоты съема информации с его выхода. Спектр сигнала на выходе цифрового датчика может определяться или частотными свойствами измеряемого параметра или частотными свойствами датчика.
Частотные свойства датчиков рассматриваемого типа могут быть очень высокими. Это связано с тем, что физические эффекты, используемые в цифровых датчиках, имеют электронную или световую природу и их инерционность в подавляющем большинстве случаев намного меньше инерционности объектов исследования. Снизить частотные свойства таких датчиков с помощью конструктивных методов достаточно сложно. Другими словами, выпустить серию цифровых датчиков с частотными свойствами заданного ряда граничных частот (1Гц, 10Гц, 100Гц,... 1 кГц) связано с большими трудностями, а часто просто невозможно по
Секция микросхемотехники
природе работы датчиков.
В этом случае спектр сигнала задается параметрами объекта и можно было бы выбирать частоту съема информации с выхода датчика по характеристикам этого спектра. Методика расчета в этом случае не отличается от традиционной [1]. Но датчик, обладая высокими частотными свойствами, будет принимать и шумы параметра за пределами основного спектра. Избежать этого или обосновать отсутствие шумов крайне сложно. Здесь получается типичный случай «неоптимального приема сигналов»: широкополосный датчик принимает изменения узкополосного параметра.
Логическим завершением этих рассуждений является вывод о том, что частота дискретизации такого датчика в системе должна определяться частотными свойствами датчика. Но они чаше всего очень высоки, что дает многократно завышенную частоту дискретизации. Ограничить спектр до требуемой величины можно с помощью цифрового фильтра с последующей децимацией. Здесь можно рассматривать два случая, когда цифровая фильтрация осуществляется в основном вычислителе и когда используется специализированный вычислитель, обрабатывающий сигналы от датчиков или даже от каждого датчика индивидуально.
Если система имеет несколько десятков цифровых датчиков, то ввод их значений с максимальной тактовой частотой в основной вычислитель, как правило, представляет значительные трудности, решение которых существенно ограничивает способность вычислителя решать основные задачи.
Постановка специализированного вычислителя после каждого датчика может быть единственным выходом из этого положения. Поскольку таких вычислителей в системе может быть много (по числу датчиков), то вычислитель должен быть максимально простым. В большинстве случаев это условие заставляет выбирать контроллеры с фиксированной запятой, что требует повышенного внимания на погрешность округления. Задача фильтрации достаточно сложна, когда, например, при спектре 10 кГц необходимо получить спектр 100 Гц.
Фактически можно сделать вывод о том, что разработчики цифровых датчиков должны предлагать в наборе с датчиком цифровой фильтр с дециматором лля оптимальной работы датчика, что показано на рисунке.
N
Дециматор выполняет роль устройства для уменьшения частоты тактирующего напряжения цифрового сигнала после фильтрации. На практике проще всего осуществить децимацию в целое число раз, поэтому это условие часто становится обязательным при проектировании фильтра и дециматора. Как видно из структурной схемы рисунка, цифровой фильтр с дециматором играют роль унифицирующего преобразователя рабочего спектра сигнала датчика. Разработка фильтра с дециматором в широком диапазоне частот является сложной технической задачей.
Основным выводом данной статьи является тот факт, что выбор частоты дискретизации цифровых датчиков является ложкой дегтя f бочке преимуществ цифровых датчиков и при их разработке необходимо учитывать проблемы, возникающие при вводе цифровых данных датчика в вычислитель, а лучше объединить эти проблемы в одну, что обеспечит оптимальное решение задачи ввода.
ЛИТЕРАТУРА
1. Самойлов Л.К., Палшиенко А. А. Белякова М.Л. Выбор частоты временной дискретизации сигналов при вводе аналоговой информации в ЭВМ// Изв. вузов. Электроника. 1993. №5. с.
УДК 681.3.068
Л,К. Самойлов, С.Л. Мальцев
ПРЕДЕЛЬНЫЕ ОЦЕНКИ АНАЛОГОВЫХ ИНТЕРФЕЙСОВ СИСТЕМ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
Таганрогский государственный радиотехнический университет,
347928, г. Таганрог, ГСП-17 А, пер. Некрасовский, 44, тел.: (86344) 61638s e-mail: [email protected]
В статье показано, что рост погрешности наложения спектров становится одним из главных ограничений при достижении предельных значений интерфейсов в координатах точность-скорость.
Под аналоговым интерфейсом понимается комплекс аппаратуры для ввода аналоговой информации в систему цифровой обработки. Типичный состав аппаратуры аналогового интерфейса приведен на рис. 1. где
Д - датчик физической величины с унифицированным выходом;
Ф - аналоговый фильтр;
АМХ - аналоговый мультиплексор {коммутатор: временной дискретизатор); АЗУ - аналоговое запоминающее устройство:
такты временной дискретизации (Т)
Рис. 1. АЦП - аналого-цифровой преобразователь
Назначение отдельных устройств не требует пояснений. Остановимся ко-ротко на двух - аналоговом фильтре и АЗУ. Фильтр ставится для ограничения спектра сигнала датчика и конкретизации параметров огибаюшей спектра, что не-обходимо при расчете частоты временной дискретизации. В задачу АЗУ входит
