Исследование процесса аналого-цифрового преобразования детерминированного сигнала

Министерство образования и науки Российской Федерации РГРТА

Лабораторная работа по теме:

«Исследование процесса аналого-цифрового преобразования детерминированного сигнала»

Рязань, 2005 г.

Цель работы:

Изучить особенности процесса аналого-цифрового преобразования и исследовать ошибки (шумы) квантования и дифференциальные погрешности.

Краткие сведения о ЧД Основной характеристикой ЧД является детекторная характеристика, отображающая зависимость выходного напряжения Uвых от частоты входного сигнала (рис. 1). Основной параметр характеристики — полоса пропускания. При этом различают предельную полосупозволяющую сохранять работоспособность ЧД, хотя и с повышенными нелинейными искажениями сигнала, и рабочую полосу, в пределах которой обеспечивается допустимый уровень искажений спектра сигнала даже при некоторых смещениях его относительно центра детекторной характеристики (из-за неточности настройки детектора или нестабильности частот передатчика и гетеродина приемника). Другими параметрами являются крутизна, определяющая чувствительность детектора, и коэффициент гармоник Кг выходного сигнала (в работе не измеряется).

Чтобы исключить влияние амплитуды сигнала на входе частотного детектора на уровень выходного сигнала в приемниках перед ЧД производится жесткое ограничение сигнала. В некоторых случаях применяется автоматическая регулировка усиления, которая для сглаживания паразитной амплитудной модуляции ЧМ сигнала должна быть быстродействующей. Этот вариант применяется редко ввиду большой сложности.

Исследование влияния на ошибки квантования, спектры квантованного сигнала и сигнала ошибки выбора величины динамического диапазона.

Динамический диапазон меньше амплитуды сигнала.

Динамический диапазон равен амплитуде.

Динамический диапазон больше амплитуды сигнала.

— АЦП не отслеживает сигнал полностью.

— оптимальное соотношение амплитуды сигнала и динамического диапазона.

— недоиспользование разрядов АЦП.

Исследование влияния соотношения частоты сигнала и частоты дискретизации АЦП.

Частота дискретизации меньше удвоенной частоты сигнала.

Частота дискретизации равна удвоенной частоте сигнала.

Отсчеты АЦП попадают на нулевые значения сигнала, вследствие чего сигнал полностью теряется. Поэтому возьмем частоту дискретизации, равную частоте сигнала, умноженной на четыре.

Частота дискретизации больше удвоенной частоты сигнала.

По этому пункту можно сделать следующий вывод, что частота дискретизации сигнала должна быть больше удвоенной частоты сигнала, т.к. в противном случае теряется информация, но нужно учитывать и то, что отсчеты, взятые в соответствие с теоремой Котельникова могут совпасть с нулевыми значениями сигнала, в этом случае так же присутствует полная потеря сигнала. Оптимально, когда частота дискретизации превышает верхнюю частоту спектра сигнала более, чем в два раза, либо выборки могут браться в соответствии с теоремой Котельникова, но должен учитываться фазовый сдвиг.

Исследование влияния временного сдвига частоты дискретизации на уровень квантованного сигнала и на устранение эффекта попадания выборок в «нулевые точки».

Сдвиг отсутствует Сдвиг есть Временной сдвиг частоты дискретизации позволяет избавиться от эффекта попадания выборок в «нулевые точки». Оптимальный сдвиг — четверть периода.

Исследование влияния числа разрядов квантования на уровень сигнала и его спектр в двух режимах: усечения и округления результатов квантования.

Разрядов квантования.

Режим с усечением.

квантование сигнал частота дискретизация Режим с округлением

9 разрядов квантования.

Режим с усечением.

Режим с округлением.

В данном пункте более информативными считаю графики во временной области, т.к. графики в спектральной области являются нормированными. Можно сделать вывод о преимуществе режима с округлением. Т.к. ошибка в данном случае имеет меньшее значение.

Исследование влияния дифференциальных искажений на сигнал ошибки и его спектр в двух режимах: усечения и округления результатов квантования.

Режим усечения.

Режим округления.

В данном пункте уже нельзя сделать вывод о преимуществе одного режима над другим, т.к. дифференциальные искажения меняют спектр ошибки и в том, и в другом случае.