Inhaltsverzeichnis
Überblick
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Beim Aufbau einer Signalkettenlösung für ein Präzisionsdatenerfassungssystem besteht eine der größten Herausforderungen bei der Optimierung des Signals darin, den Rauschausgleich zwischen den Signalketten zu verwalten. Die Verstärkungsgröße der Verstärkungsstufe, ob die Verstärkungsstufe die Analog-Digital-Umwandlungseinheit direkt ansteuern kann, die Beziehung zwischen SNR und Verstärkung und die Rolle der digitalen Filterung in der Signalkette sind alles Themen, die Konstrukteure bei der Planung häufig berücksichtigen Aufbau einer Datenerfassungssignalkette. Diese Probleme werden im Hinblick auf Rauschkompromisse angegangen.
Gesamtarchitekturprozess
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Die Rolle der Pufferbandbreite in der Signalkette
Das vom Puffer ausgegebene Signal gelangt zuerst in den Filter und nach der Filterung wird das Signal vom ADC abgetastet. In Abbildung 3 bilden RLPF und CLPF einen Tiefpassfilter. Wenn der ADC abtastet, gibt es im Puffer die folgenden Arbeitsparameter:
Erläuterung der Fachbegriffe
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ADC:
Analog-Digital-Wandler oder A/D-Wandler, kurz ADC, bezieht sich normalerweise auf eine elektronische Komponente, die ein analoges Signal in ein digitales Signal umwandelt. Ein üblicher Analog-Digital-Wandler wandelt ein Eingangsspannungssignal in ein digitales Ausgangssignal um. Da das digitale Signal selbst keine praktische Bedeutung hat, stellt es nur eine relative Größe dar. Daher benötigt jeder Analog-Digital-Wandler eine analoge Referenzgröße als Konvertierungsstandard, und der gebräuchlichere Referenzstandard ist die größte konvertierbare Signalgröße. Die ausgegebene digitale Größe stellt die Größe des Eingangssignals relativ zum Referenzsignal dar
Signalabtastung:
Unter Probenahme versteht man den Prozess der Entnahme von Individuen oder Stichproben aus der Population, also den Prozess des Testens oder Beobachtens der Population. Es gibt zwei Arten von Zufallsstichproben und nicht-zufälligen Stichproben. Ersteres bezieht sich auf die Stichprobenmethode, bei der Stichproben aus der Bevölkerung nach dem Prinzip der Randomisierung ohne jegliche Subjektivität gezogen werden, einschließlich einfacher Zufallsstichproben, systematischer Stichproben, Clusterstichproben und geschichteter Stichproben. Letzteres ist eine Methode zur Stichprobenziehung, die auf dem Standpunkt, der Erfahrung oder dem relevanten Wissen des Forschers basiert, was offensichtlich subjektiv ist. Siehe „Zufallsauswahl“, „Nicht-Zufallsauswahl“
technische Details
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1. Glitch-Amplitude:
Die Spannung am Tiefpassfilter ist proportional zur Parallelschaltung des ADC-Kondensators und des Tiefpassfilterkondensators. Wenn die ADC-Abtastung erfolgt, bevor der Schalter geschlossen wird, wird die Rückschlagspannung stärker reduziert, sodass viele ADCs über eine digitale oder analoge Vorladefunktion verfügen.
2. Stichprobenfehler:
Jeder Rückschlagfehler baut sich exponentiell auf und nimmt exponentiell ab, sobald die Abtastperiode abgelaufen ist. Die Abtastperiode ist eine Funktion der Erfassungszeit zur Bandbreite. Im Allgemeinen hängt die Bandbreite vom Tiefpassfilter mit einer geringeren Pufferperiode ab, sodass auch die Frequenz des Puffers erhalten werden kann.
3. Filterbandbreite:
Für 20-Bit-ADC beträgt der Rückstoßbestimmungsfaktor 2 3 oder 3 3, wobei N = 20, Merr = 3 und die Abtastzeit T_ACQ = 25 ns sind. Daher überschreitet die Filterbandbreite 75 M. Mit zunehmendem Schätzfaktor und zunehmender Erfassungszeit nimmt auch die Bandbreite ab. Daher kommt es bei der Auswahl eines ADC nicht nur auf das SNR an, sondern auch darauf, wie viel Rückschlag er erzeugt und wie lange die Erfassungszeit beträgt. Einige ADCs sind sehr leise, aber schwer zu steuern, was zu starken Geräuschen im Treiber führen kann.
Zusammenfassung
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Zum Beispiel:
Die Amplitude und Bandbreite der spektralen Rauschdichte der verschiedenen Module in der Signalkette werden angezeigt, wobei der blaue Teil die Verstärkungsstufe, der orange Teil der ADC und der grüne Teil die Pufferstufe ist. Die spektrale Rauschdichte aller analogen Frontends wird auf den ADC-Eingang bezogen, und beispielsweise ist die spektrale Rauschdichte der Verstärkungsstufe auf das Vierfache der Signalfrequenz begrenzt, um eine größere Ebenheit im Durchlassband zu erreichen. Im Vergleich zur spektralen Rauschdichte des ADC ist die spektrale Rauschdichte der Pufferstufe geringer, aber die Bandbreite ist deutlich größer und erreicht typischerweise das 10- bis 15-fache der ADC-Rauschfrequenz. In den folgenden Abschnitten wird auch erläutert, warum die Pufferbandbreite größer eingestellt wird.
In diesem Abschnitt wird hauptsächlich die Rolle der Pufferbandbreite in der Signalkette erläutert und hauptsächlich unter drei Aspekten analysiert: 1. Glitch-Amplitude:
2. Abtastfehler: 3. Filterbandbreite: