From 11f79496946b7ab7c4cc284c821b53f8c9520c08 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: "Ivan I. Ovchinnikov" Date: Fri, 10 Mar 2023 18:02:23 +0300 Subject: [PATCH] cedd lec pics --- 04-complex-electronic-devices-developing.tex | 152 +- pics/04-cedd-00-fpb.svg | 1054 ++++++++++++++ pics/04-cedd-00-imd.svg | 1303 ++++++++++++++++++ pics/04-cedd-00-jitter.svg | 1251 +++++++++++++++++ pics/04-cedd-00-ovr.svg | 1203 ++++++++++++++++ pics/04-cedd-00-perfect-tc.svg | 581 ++++++++ pics/04-cedd-00-real-tc.svg | 474 +++++++ pics/04-cedd-00-set.svg | 1205 ++++++++++++++++ pics/04-cedd-00-sfdr.svg | 1286 +++++++++++++++++ pics/04-cedd-00-sig-sampling-check.svg | 182 +++ pics/04-cedd-00-sig-sampling-err.svg | 301 ++++ pics/04-cedd-00-slope.svg | 1260 +++++++++++++++++ pics/04-cedd-00-typical-snr.svg | 242 ++++ pics/04-cedd-00-typical-thd.svg | 395 ++++++ 14 files changed, 10853 insertions(+), 36 deletions(-) create mode 100644 pics/04-cedd-00-fpb.svg create mode 100644 pics/04-cedd-00-imd.svg create mode 100644 pics/04-cedd-00-jitter.svg create mode 100644 pics/04-cedd-00-ovr.svg create mode 100644 pics/04-cedd-00-perfect-tc.svg create mode 100644 pics/04-cedd-00-real-tc.svg create mode 100644 pics/04-cedd-00-set.svg create mode 100644 pics/04-cedd-00-sfdr.svg create mode 100644 pics/04-cedd-00-sig-sampling-check.svg create mode 100644 pics/04-cedd-00-sig-sampling-err.svg create mode 100644 pics/04-cedd-00-slope.svg create mode 100644 pics/04-cedd-00-typical-snr.svg create mode 100644 pics/04-cedd-00-typical-thd.svg diff --git a/04-complex-electronic-devices-developing.tex b/04-complex-electronic-devices-developing.tex index 9d63d2b..a953d63 100644 --- a/04-complex-electronic-devices-developing.tex +++ b/04-complex-electronic-devices-developing.tex @@ -322,25 +322,31 @@ $z$ -- номер зоны. Пусть ширина полосы = 4МГц, це \section{Квантование} Дискретный сигнал -- это сигнал с конечным количеством отсчётов, но разрядность пока бесконечна, поэтому возможно применить разрядность АЦП. Передаточная характеристика идеального квантователя -(5) +\begin{figure}[H] + \centering + \fontsize{12}{1}\selectfont + \includesvg[scale=1.01]{pics/04-cedd-00-sig-sampling-err.svg} + \caption{Квантование} +\end{figure} -явно теряем в точности. - -Signal-Noise-Ratio +Явно теряем в точности. Основной параметр -- Signal-Noise-Ratio \[SNR = 6,02N + 1,76dB\] -N -- разрядность. Сигнал -- нестационарный процесс, имеет равномерное распределение от 0 до $f_s/2$, не коррелирует со входным сигналом, матмодель - входной сигнал умножается на шум квантования. - -Если аналоговая частота больше -- есть более общий вариант +N -- разрядность. Сигнал -- нестационарный процесс, имеет равномерное распределение от $0$ до $f_s/2$, не коррелирует со входным сигналом, матмодель -- входной сигнал умножается на шум квантования. Если аналоговая частота больше -- есть более общий вариант \[SNR = 6,02N + 1,76dB +10\log_{10}(\frac{f_s}{2f_a})\] -Если частота дискретизации много больше - частота увеличилась, а разрядность не увеличитася, тогда шум уменьшается. Шум всегда будет коррелировать с сигналом, это можно использовать, подав собственный шум на низкой частоте. +Если частота дискретизации много больше -- частота увеличилась, а разрядность не увеличитася, тогда шум уменьшается. Шум всегда будет коррелировать с сигналом, это можно использовать, подав собственный шум на низкой частоте. \section{Характеристики АЦП} -(6) +\begin{figure}[H] + \centering + \fontsize{12}{1}\selectfont + \includesvg[scale=1.01]{pics/04-cedd-00-sig-sampling-check.svg} + \caption{} +\end{figure} память+пэвм -- способ проверить АЦП для своей системы. Характеристики могут быть статические и динамические. @@ -354,62 +360,136 @@ N -- разрядность. Сигнал -- нестационарный про \item ошибка смещения offset error \end{itemize} -(7) ПХ идеального АЦП, все центры кода лежат на прямой -(8) пример ПХ реального АЦП. +\begin{figure}[H] + \centering + \fontsize{12}{1}\selectfont + \includesvg[scale=1.01]{pics/04-cedd-00-perfect-tc.svg} + \caption{Передаточная характеристика идеального АЦП} +\end{figure} +ПХ идеального АЦП -- все центры кода лежат на прямой линии симметрии + +\begin{figure}[H] + \centering + \fontsize{12}{1}\selectfont + \includesvg[scale=1.01]{pics/04-cedd-00-real-tc.svg} + \caption{Пример ПХ реального АЦП} +\end{figure} Дифференциальная нелинейность -- наибольшее отклонение ширины кода от идеального значения в МЗР или процентах от полной шкалы. Интегральная нелинейность -- наихудшее отклонение центра кода от прямой, также измеряется в МЗР или процентах от полной шкалы. -Пропущенные коды формируется из первых двух. в примере 8 кода 011 не будет, в даташите будет написано no missing code если например (N=14) то на младших разрядах можем уже не видеть биты. +Пропущенные коды формируется из первых двух. в примере 8 кода 011 не будет, в даташите будет написано no missing code если например ($N=14$) то на младших разрядах можем уже не видеть биты. Эти ошибки невозможно исправить -Эти ошибки невозможно исправить +Ошибка смещения -- это аддитивная добавка напряжения на входе проценты от шкалы. -Ошибка смещения - это аддитивная добавка напряжения на входе проценты от шкалы - -ошибка усиления - угол начального наклона (мультипликативная ошибка) - -Эти ошибки возможно исправить программно или внешними аналоговыми цепями. +Ошибка усиления -- угол начального наклона (мультипликативная ошибка). Эти ошибки возможно исправить программно или внешними аналоговыми цепями. \subsection{Динамические характеристики} \begin{itemize} \item Реальное отношение сигнал-шум ($SNR_{real}$). Реальная характеристика точно будет отличаться. Точность разрядности возможно посчитать по формуле \[\frac{1}{LSB} \cdot 100\%\] -для N=8 это 0.4\%. SNR = 48dB(1,76dB). Младшие биты АЦП всегда шумят, тест нужно делать на постоянном токе (например, замкнуть на землю, при условии, что земля не дрожжит). +для $N=8$ это $0.4\%$. $SNR = 48dB(+1,76dB)$. Младшие биты АЦП всегда шумят, тест нужно делать на постоянном токе (например, замкнуть на землю, при условии, что земля не дрожжит). - N=8, SNR=49,7dB. реальный может быть 48,1 или 47,1 (первый лучше) зависит от частоты типовой график - (9) - обратный график - эффективное число бит +$N=8$, $SNR=49,7dB$. реальный может быть 48,1 или 47,1 (первый лучше) зависит от частоты + +\begin{figure}[H] + \centering + \fontsize{12}{1}\selectfont + \includesvg[scale=1.01]{pics/04-cedd-00-typical-snr.svg} + \caption{Типовой график} +\end{figure} + +обратный график - эффективное число бит \[ENoB = \frac{SNR_{real} - 1,76dB}{6,02}\] + \item Коэффициент гармонических искажений Total Harmonic Distortion -- отражает качество и линейность кармоник. Чем меньше брать в расчёт гармоник - тем легче продать. $THD=\frac{A_1}{\sqrt{A_2^2+A_3^2...}}\%$. AD -- считает по 5 гармоникам, TI -- по 7. - (10) +\begin{figure}[H] + \centering + \fontsize{12}{1}\selectfont + \includesvg[scale=1.01]{pics/04-cedd-00-typical-thd.svg} + \caption{Типовой график} +\end{figure} + \item сигнал шум и искажение (SINAD) типовая схема 4096 отсчётов. более качественный параметр. \item свободный динамический диапазон (SFDR spurious free dynamic range) -- свободный от наиболее мешающих компонент. иногда указывают самый мешающий компонент peak spurious (dB). эта характеристика всегда больше СШ. ДД замеряется по самой высокой гармонике. - (11) -\item частотная характеристика: полномощная полоса пропускания (full-power bandwidth) -- частота на которой амплитуда реконструируемой синусоиды отличается на -3дБ. - (12) -\item частотная характеристика: полнолинейная полоса (Full linear bandwidth) срез -0,1дБ, показывает где АЧХ максимально плоская. + + \begin{figure}[H] + \centering + \fontsize{12}{1}\selectfont + \includesvg[scale=1.01]{pics/04-cedd-00-sfdr.svg} + \end{figure} + +\item частотная характеристика: полномощная полоса пропускания (full-power bandwidth) -- частота на которой амплитуда реконструируемой синусоиды отличается на $-3$дБ. + + \begin{figure}[H] + \centering + \fontsize{12}{1}\selectfont + \includesvg[scale=1.01]{pics/04-cedd-00-fpb.svg} + \end{figure} + +\item частотная характеристика: полнолинейная полоса (Full linear bandwidth) срез $-0,1$дБ, показывает где АЧХ максимально плоская. \item при интермодуляции в общем случае появляются гармоники каждой частоты (кубические составляющие). - (13) продукт интермодуляционных искажений + \begin{figure}[H] + \centering + \fontsize{12}{1}\selectfont + \includesvg[scale=1.01]{pics/04-cedd-00-imd.svg} + \caption{Продукт интермодуляционных искажений} + \end{figure} + +\begin{equation*} + \begin{gathered} + 2: f_2-f_1, f_2+f_1;\\ + 3: 2f_1+f_2, 2f_1-f_2, f_1+2f_2, f_1-2f_2;\\ + ... + \end{gathered} +\end{equation*} + Intermodulation distortion (IMD). обычно используется сигнальный тест на два компонента и используются продукты второго и третьего порядка. - \[ IMD = \frac{\sqrt{a_{f_1}^2 + a_{f_2}^2}}{\sqrt{\text{сумма квадратов коэффициентов интермодуляции}}} \%\] + \[ IMD = \frac{\sqrt{a_{f_1}^2 + a_{f_2}^2}}{\sqrt{\sum(\text{коэффициенты интермодуляции})^2}} \%\] В ВЧ и радиочастотных цепях -- это критическая характеристика. Измеряется также через БПФ. \item время восстановления после перенапряжения. overvoltage recovery. - (14) время восстановления измерения с приемлемой точностью (1МЗР) - Может возникнуть от помех или наводок, индустриальные помехи, итд. + \begin{figure}[H] + \centering + \fontsize{12}{1}\selectfont + \includesvg[scale=1.01]{pics/04-cedd-00-ovr.svg} + \end{figure} + время восстановления измерения с приемлемой точностью (1МЗР). Может возникнуть от помех или наводок, индустриальные помехи, итд. \item время установления выходного напряжения (setting time, $t_{set}$) -- фактически, переходная характеристика. - (15) + \begin{figure}[H] + \centering + \fontsize{12}{1}\selectfont + \includesvg[scale=1.01]{pics/04-cedd-00-set.svg} + \end{figure} характеристика может быть критична для многоканальных систем (мультиплексор перед АЦП) частота переключения каналов. \item апертурная неопределённость (апертурный джиттер, aperture jitter). дрожание фазы - (16) + + \begin{figure}[H] + \centering + \fontsize{12}{1}\selectfont + \includesvg[scale=1.01]{pics/04-cedd-00-jitter.svg} + \end{figure} + Если это тактовый сигнал который подаётся на АЦП, даётся среднеквадратичное значение. - (17) + \begin{figure}[H] + \centering + \fontsize{12}{1}\selectfont + \includesvg[scale=1.01]{pics/04-cedd-00-slope.svg} + \end{figure} + влияет на динамический диапазон (напрямую зависит от скорости нарастания сигнала (вольт/мкс)). Если величина этой ошибки превышает 1МЗР -- она становится определяющей. Тогда это нужно определять выходную частоту. - (18) - Фазовые шумы ТИ накладываются на внутренние фазовые шумы АЦП и так теряются разряды. ТИ должны идти в ту же сторону, что и распространение сигнала. Обязательно через внешние драйверы ТИ с нулевой задержкой. Эмиттерно-селективная логика, дифференциальные сигналы. Снизить шумы позволяют clock-cleaner на основе ФАПЧ. +\begin{equation*} + \begin{gathered} + \left.\frac{dv}{dt}\right|_{t_0} = U_a\omega_{\max}\\ + \Delta v = u_a\omega_{\max} \Delta t_a\\ + \Delta v = \frac{1}{2}LSB = \frac{2u_a}{2^{N+1}}\\ + \omega_{max} = \frac{1}{2\pi\Delta t_a 2^{N+1}} + \end{gathered} +\end{equation*} +где N -- разрядность АЦП. Фазовые шумы ТИ накладываются на внутренние фазовые шумы АЦП и так теряются разряды. ТИ должны идти в ту же сторону, что и распространение сигнала. Обязательно через внешние драйверы ТИ с нулевой задержкой. Эмиттерно-селективная логика, дифференциальные сигналы. Снизить шумы позволяют clock-cleaner на основе ФАПЧ. \end{itemize} diff --git a/pics/04-cedd-00-fpb.svg b/pics/04-cedd-00-fpb.svg new file mode 100644 index 0000000..2f174c8 --- /dev/null +++ b/pics/04-cedd-00-fpb.svg @@ -0,0 +1,1054 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + image/svg+xml + + + + + + + + + + + + + + + + + + + undersampling development + + $-3dB$ + $0,707$ + $f$ + $fullpower$ + $f_{\text{ачх}}$ + $f_s$ + + + diff --git a/pics/04-cedd-00-imd.svg b/pics/04-cedd-00-imd.svg new file mode 100644 index 0000000..59f10aa --- /dev/null +++ b/pics/04-cedd-00-imd.svg @@ -0,0 +1,1303 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + image/svg+xml + + + + + + + + + + + + + + + + + $f_1$ + $f_2$ + $\pm nf_1 \pm mf_2$ + + сигналы + продукты 2го порядка + продукты 3го порядка + + + + + + + + + + diff --git a/pics/04-cedd-00-jitter.svg b/pics/04-cedd-00-jitter.svg new file mode 100644 index 0000000..4f3fb72 --- /dev/null +++ b/pics/04-cedd-00-jitter.svg @@ -0,0 +1,1251 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + image/svg+xml + + + + + + + + + + $\frac{1}{f_{clk}}$ + + + + + + 0 + 180 + 360 + + + $t_a$ неопределённость + + + diff --git a/pics/04-cedd-00-ovr.svg b/pics/04-cedd-00-ovr.svg new file mode 100644 index 0000000..8d12bc9 --- /dev/null +++ b/pics/04-cedd-00-ovr.svg @@ -0,0 +1,1203 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + image/svg+xml + + + + + + + + + $+FS$ + $-FS$ + + + + + + $t$ + + diff --git a/pics/04-cedd-00-perfect-tc.svg b/pics/04-cedd-00-perfect-tc.svg new file mode 100644 index 0000000..77a4570 --- /dev/null +++ b/pics/04-cedd-00-perfect-tc.svg @@ -0,0 +1,581 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + image/svg+xml + + + + + + + + + + + + + + 000 + 001 + 010 + 011 + 100 + 101 + 110 + 111 + + + + + + + + + + + + + + $\frac{1}{8}$ + $\frac{1}{4}$ + $\frac{3}{8}$ + $\frac{1}{2}$ + $\frac{5}{8}$ + $\frac{3}{4}$ + $\frac{7}{8}$ + $f_s$ + + + + + + + + + центр кода + + линиясимметрии + ширина кода + переход кода + + + + + + + + + + + + + + + + diff --git a/pics/04-cedd-00-real-tc.svg b/pics/04-cedd-00-real-tc.svg new file mode 100644 index 0000000..304f2b2 --- /dev/null +++ b/pics/04-cedd-00-real-tc.svg @@ -0,0 +1,474 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + image/svg+xml + + + + + + + + + + + + + + 000 + 001 + 010 + 011 + 100 + 101 + 110 + 111 + + + + + + + + + + + + + + $\frac{1}{8}$ + $\frac{1}{4}$ + $\frac{3}{8}$ + $\frac{1}{2}$ + $\frac{5}{8}$ + $\frac{3}{4}$ + $\frac{7}{8}$ + $f_s$ + + + + + + + + + + diff --git a/pics/04-cedd-00-set.svg b/pics/04-cedd-00-set.svg new file mode 100644 index 0000000..b01b577 --- /dev/null +++ b/pics/04-cedd-00-set.svg @@ -0,0 +1,1205 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + image/svg+xml + + + + + + + + + $+FS$ + $-FS$ + + + + + + $t_{set}$ + + diff --git a/pics/04-cedd-00-sfdr.svg b/pics/04-cedd-00-sfdr.svg new file mode 100644 index 0000000..533a3e2 --- /dev/null +++ b/pics/04-cedd-00-sfdr.svg @@ -0,0 +1,1286 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + image/svg+xml + + + + + + + + + + + + $f_a$ + + $2f_a$ + + $3f_a$ + + $4f_a$ + + $5f_a$ + $6f_a$ + гармоники + + + + + $f_a$ + + $2f_a$ + + $3f_a$ + + $4f_a$ + + $5f_a$ + $6f_a$ + + + + + $f_a$ + + $2f_a$ + + $3f_a$ + + $4f_a$ + + $5f_a$ + $6f_a$ + + + + ДД + + + лучший ДД + + diff --git a/pics/04-cedd-00-sig-sampling-check.svg b/pics/04-cedd-00-sig-sampling-check.svg new file mode 100644 index 0000000..6fa7467 --- /dev/null +++ b/pics/04-cedd-00-sig-sampling-check.svg @@ -0,0 +1,182 @@ + + + + + + + + + + image/svg+xml + + + + + + + аналоговыйвход + АЦП + память + N + ПЭВМ + $f_{clk}$ + + + + + + + + + + + + + diff --git a/pics/04-cedd-00-sig-sampling-err.svg b/pics/04-cedd-00-sig-sampling-err.svg new file mode 100644 index 0000000..f194ae2 --- /dev/null +++ b/pics/04-cedd-00-sig-sampling-err.svg @@ -0,0 +1,301 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + image/svg+xml + + + + + + + + + + + + + + + + Цифровой код(выход) + Аналоговый вход + + + + + + q=1LSB + график ошибки + $0$ + + + + + $f_a$ + $f_s$ + $nf_s$ + + + + diff --git a/pics/04-cedd-00-slope.svg b/pics/04-cedd-00-slope.svg new file mode 100644 index 0000000..d460525 --- /dev/null +++ b/pics/04-cedd-00-slope.svg @@ -0,0 +1,1260 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + image/svg+xml + + + + + + + + + + + слежение + выборка + хранение + $\Delta t_a$ + $\Delta v$ + + + + апертурная задержка + $SLOPE=\frac{dv}{dt}$ + + diff --git a/pics/04-cedd-00-typical-snr.svg b/pics/04-cedd-00-typical-snr.svg new file mode 100644 index 0000000..2578969 --- /dev/null +++ b/pics/04-cedd-00-typical-snr.svg @@ -0,0 +1,242 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + image/svg+xml + + + + + + + + + + 49 + $f_{clk}$ + $f_{work}$ + + + SNR + + diff --git a/pics/04-cedd-00-typical-thd.svg b/pics/04-cedd-00-typical-thd.svg new file mode 100644 index 0000000..6deb28e --- /dev/null +++ b/pics/04-cedd-00-typical-thd.svg @@ -0,0 +1,395 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + image/svg+xml + + + + + + + + + + + + + + + + + $f_a$ + $f_s$ + $U_{in}$ + $U_{out}$ + +