Моделирование работы АЦП с коммутацией

Исследуем режим с коммутацией АЦП. С этой целью изменим проект, как показано на рис. 10.10. В структуру введен дополнительный источник сигнала, а также переключатель сигналов, обозначенный блоком merge. Переключатель управляется генератором ступенчатого воздействия с задержкой 5 с, поэтому в исходном состоянии на вход АЦП поступает исходный сигнал, а через 5 с после этого переключатель срабатывает, и далее на вход АЦП поступает другой сигнал, представляющий собой медленно изменяющийся гармонический сигнал с другой частотой и фазой. На рис. 10.11 показаны сигналы на входе и выходе АЦП в этом режиме. Если бы сигнал, сформированный на выходе переключателя, был именно тем сигналом, который следует преобразовать, то выходную последовательность не требовалось бы полностью преобразовывать в единственный поток кодов. Этот поток следовало бы трактовать как последовательность, которая закодировала входной сигнал полностью. Однако входной сигнал АЦП является результатом преобразования двух разных сигналов, поэтому выходной поток кодов следует разделить на два независимых потока в соответствии со схемой, показанной на рис. 10.4. Структура для этих целей показана на рис. 10.12. В этой структуре вычисляются по отдельности два потока импульсов, а также два отдельных аналоговых сигнала на основе этих двух потоков. Полученные последовательности показаны на рис. 10.13.

Рис. 10.10. Структурная схема для исследования режима коммутации в АЦП с сигма-дельта модуляцией.

Рис. 10.11. Сигнал на входе АЦП (7) и результат отслеживания его следящей системой в составе АЦП (2).

Рис. 10.12. Структурная схема для вычисления промежуточных сигналов.

Рис. 10.13. Сигналы zl (1) и z2 (2) — результат работы АЦП с коммутацией Чтобы оценить ошибку преобразования, целесообразно также получить аналоговые сигналы, которые совпадают с входными во время их преобразования, а на время, когда исходные сигналы отключаются, эти сигналы должны сохранять свое последнее значение. С этой целью воспользуемся УВХ. Полученные сигналы показаны на рис. 10.14. Линией 1 показан сигнал zl первого канала, который через 5 с после начала работы сохраняет свое значение на протяжении оставшихся 5 с. Линией 2 показан сигнал z2 второго канала, который первые 5 с равен нулю, а затем совпадает с входным сигналом. На рис. 10.15 показана структура для раздельного восстановления исходных сигналов из отдельных полученных последовательностей. Результат восстановления показан на рис. 10.16. Структура для вычисления ошибки восстановления показана на рис. 10.17, а восстановленная ошибка преобразования — на рис. 10.18 (ошибка первого канала) и 10.19 (ошибка второго канала).

Рис. 10.14. Два различных аналоговых сигнала с устройством выборкихранения, которые поступают на различные входы коммутаторов:

1 — сигнал zl; 2 — сигнал z2.

Рис. 10.15. Структурная схема для вычисления фактически измеренных сигналов с помощью АЦП.

Моделирование более длительного интервала времени показало, что указанный скачок ошибки не исчезает. Также в одном из модельных экспериментов сигналы были специально видоизменены таким образом, чтобы в момент переключения значения этих сигналов мало отличались, т. е. в этот момент сигналы первого и второго каналов совпадают. Даже в этом случае при переключении канала возникал скачок ошибки на величину 0,8 ед. Это составляет около 50% амплитуды входного сигнала или 25% его размаха. Соответствующие графики показаны на рис. 10.21—10.23. Так, на рис. 10.21 показаны входной сигнал и результат преобразования в том случае, когда разница между входными сигналами первого и второго каналов в момент переключения каналов невелика. На рис. 10.22 показан результат преобразования, полученный путем обработки кодов, сформированных при работе второго канала. Результат преобразования содержит ошибку, возникающую в момент переключения каналов. Отдельно вид ошибки второго канала показан на рис. 10.23.

Рис. 10.16. Восстановленные сигналы на выходах АЦП (дискретные последовательности импульсов преобразованы в аналоговые сигналы).

Рис. 10.17. Структура для вычисления ошибки АЦП, а также фильтр второго порядка.

Рис. 10.18. Ошибка первого канала (достаточно мала).

Рис. 10.19. Ошибка второго канала (слишком велика).

Рис. 10.20. Сравнение фактического сигнала второго канала (7) с восстановленным сигналом (2).

Рис. 10.21. Результат эксперимента, когда новое значение сигнала второго канала мало отличается от предыдущего значения первого канала:

1 — входной сигнал; 2 — результат преобразования.

Рис. 10.22. Результат преобразования в другом режиме АЦП:

1 — результат преобразования; 2 — фактический сигнал второго канала.

Рис. 10.23. Ошибка второго канала в новом режиме:

1 — до фильтрации; 2 — после фильтрации.