Моделирование работы ацп с коммутацией

Исследуем режим с коммутацией АЦП. С этой целью изменим проект, как показано на рис. 7.20. В структуру введены 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, затем на вход АЦП поступает другой сигнал, представляющий собой медленно изменяющийся гармонический сигнал с другой частотой и фазой. На рис. 7.21 показаны сигналы на входе и выходе АЦП в этом режиме. Если бы сигнал, сформированный на выходе переключателя, был бы именно тем сигналом, который следует преобразовать, то выходную последовательность не требовалось бы полностью преобразовать 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, и выходной поток кодов следует раздели ть на два независимых потока в соответствии со схемой, показанной на рис. 7.14. Структура для этих целей показана на рис. 7.22. 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. 7.23.

Рис. 7.20. Структурная схема для исследования режима коммутации в АЦП с сигма-дельта модуляцией.

Рис. 7.21. Сигнал на входе АЦП (линия /) и результат отслеживания его следящей системой в составе АЦП (линия 2).

Для того 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. 7.24.

Рис. 7.22. Структурная схема для вычисления промежуточных сигналов.

Рис. 7.23. Сигналы, формируемые в результате работы АЦП с коммутацией:

1-г1; 2−22

Сигнал 22 второго канала, наоборот, первые 5 с равен нулю, а затем совпадает с входным сигналом. За время первой половины операции преобразования изменяется сигнал гі первого канала, но через 5 с после начала работы он перестает изменяться и сохраняет свое значение на протяжении оставшихся 5 с.

На рис. 7.25 показана структура для раздельного восстановления исходных сигналов из отдельных полученных последовательностей. Результат восстановления показан на рис. 7.26, структура для вычисления ошибки восстановления на рис. 7.27, а восстановленная ошибка преобразования — на рис. 7.28 (ошибка первого канала) и 7.29 (ошибка второго канала).

Рис. 7.24. Два различных аналоговых сигнала с устройством выборки хранения, которые поступают на различные входы коммутаторов.

Рис. 7.25. Структурная схема для вычисления фактически измеренных сигналов с помощью АЦП.

Рис. 7.26. Восстановленные сигналы на выходах АЦП (дискретные последовательности импульсов преобразованы в аналоговые сигналы).

Рис. 7.27. Структура для вычисления ошибки АЦП, а также фильтр второго порядка

Моделирование за более длительный интервал 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 единицы, это составляет около 50% амплитуды входного сигнала или 25% его размаха. Соответствующие графики показаны на рис. 7.31−7.33.

Рис. 7.28. Ошибка первого канала (достаточно мала).

Рис. 7.29. Ошибка второго канала (слишком велика).

Рис. 7.30. Сравнение фактического сигнала второго канала (линия 2) с восстановленным сигналом (линия /).

Рис. 7.31. Результат эксперимента, когда новое значение сигнала второго канала мало отличается от предыдущего значения первого канала (линия / входной сигнал, линия 2 — результат преобразования).

Рис. 7.32. Результат преобразования в другом режиме АЦП: верхняя линия — результат преобразования, нижняя линия — фактический сигнал второго канала.

Рис. 7.33. Ошибка второго канала в новом режиме (линия со ступеньками — результат преобразования, более гладкая линия — фактический сигнал).

Так, на рис. 7.31 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. 7.32 показан результат преобразования после обработки кодов, получаемых при работе второго канала; на рис. 7.33 — вид ошибки преобразования. Результат преобразования содержит ошибку, возникающую в момент переключения каналов.