Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

Digitalizace analogových veličin OB21-OP-EL-ELN-JANC-U-3-018

Digitalizace analogových veličin Přístroje určené pro zpracování signálů pracují většinou na číslicovém principu. Nezpracovává se přímo analogový signál, ale jeho číselná reprezentace, uložená většinou jako posloupnost okamžitých hodnot signálu v odpovídajících časových intervalech. Je tedy třeba analogovou veličinu převést na její číslicovou reprezentaci a tu dále zpracovávat číslicově. Případně je možné po číslicovém zpracování výsledek opět převést do analogové oblasti a vytvořit tak opět analogový signál.

Digitalizace analogových veličin Obr.1 Blokové schéma pro digitalizaci, číslicové zpracování a rekonstrukci analogového signálu

Digitalizace analogových veličin Na digitalizaci analogového signálu se tedy podílí více funkčních celků. Patří mezi ně: vstupní analogový filtr vzorkovací obvod analogově digitální převodník

Digitalizace analogových veličin Převod analogové veličiny na číslo probíhá ve třech krocích a to: vzorkování – diskretizace analogové veličiny kvantování – přiřazení číselné hodnoty kódování – vyjádření číselné hodnoty určitým kódem

Digitalizace analogových veličin Úkolem vstupního analogového filtru je upravit původní analogový signál do podoby vhodné k dalšímu digitálnímu zpracování. Používá se dolní propust, která nepropouští nežádoucí signály vyšších kmitočtů jako je maximální kmitočet zpracovávaného signálu.

Digitalizace analogových veličin Takto upravený signál vstupuje do vzorkovacího obvodu (vzorkovače), který provádí diskretizaci signálu v čase. Vzorkováním zjišťujeme okamžité hodnoty proměnného průběhu analogového signálu v pravidelných časových intervalech s určitou periodou.

Digitalizace analogových veličin Délka těchto intervalů se musí volit tak, aby odebrané vzorky dostatečně vystihovaly charakter původního signálu a ten se mohl v případě potřeby transformovat zpět na analogový signál bez ztráty informace. Platí zde tzv. Shannon - Kotělnikův teorém, který říká, že signál s maximální frekvencí je třeba za dobu jeho periody vzorkovat alespoň dvakrát (fv ≥ 2.fMAX).

Digitalizace analogových veličin Obr. 2 Vzorkovací obvod

Digitalizace analogových veličin Spínač S spíná v pravidelných intervalech s periodou Tv, a propouští tak vstupní analogový signál Ux na paměťový člen vzorkovače jež je tvořen kondenzátorem C. Po odpojení spínače S je tento vzorek zapamatován na kondenzátoru C a zesílen operačním zesilovačem OZ na hodnotu vhodnou pro zpracování v analogově digitálním převodníku.

Digitalizace analogových veličin Vzorkovač funguje jako analogová paměť okamžité vstupní hodnoty signálu. Tuto hodnotu je nutné uchovat po celou dobu převodu analogově digitálního převodníku. Vzorkovač se často označuje jako obvod SH (z anglického Sample and Hold – ovzorkuj a drž).

Děkuji za pozornost Ing. Ladislav Jančařík

Literatura J. Chlup, L. Keszegh: Elektronika pro silnoproudé obory, SNTL Praha 1989 M. Bezděk: Elektronika I, KOPP České Budějovice 2002