Что такое ацп в автодиагностике
Перейти к содержимому

Что такое ацп в автодиагностике

  • автор:

Что такое АЦП датчиков в автомобильной диагностике.

Что такое АЦП датчиков в диагностике

Па­ра­мет­ры ко­дов АЦП от­но­сят­ся к а­на­ло­го­вым дат­чи­кам сис­те­мы уп­рав­ле­ни­я:

  • Дат­чик по­ло­же­ни­я дрос­сель­ной зас­лон­ки
  • Дат­чик тем­пе­ра­ту­ры
  • Дат­чик мас­со­во­го рас­хо­да воз­ду­ха
  • Дат­чик L­ — зонд
  • По­тен­ци­о­метр СО.

Фи­зи­чес­ки, ко­ды АЦП от­ра­жа­ют нап­ря­же­ни­е, ко­то­ро­е вы­да­ет дат­чик. Как пра­ви­ло, э­ти па­ра­мет­ры ис­поль­зу­ют­ся для про­вер­ки це­пей дат­чи­ков. Ес­ли воз­ни­ка­ют ко­ды не­ис­прав­нос­ти, свя­зан­ны­е с низ­ким и­ли вы­со­ким у­ров­нем сиг­на­ла та­ко­го дат­чи­ка, то сис­те­ма уп­рав­ле­ни­я ра­бо­та­ет по ре­зер­вным ре­жи­мам. При э­том зна­че­ни­е па­ра­мет­ра, от­но­ся­ще­го­ся к э­то­му дат­чи­ку, вы­би­ра­ет­ся ли­бо из а­ва­рий­ной таб­ли­цы, ли­бо рас­счи­ты­ва­ет по за­дан­ным фор­му­лам, нап­ри­мер, тем­пе­ра­ту­ра ох­лаж­да­ю­щей жид­кос­ти при не­ис­прав­ном дат­чи­ке тем­пе­ра­ту­ры у­ве­ли­чи­ва­ет­ся по вре­ме­ни ра­бо­ты дви­га­те­ля.

Ес­ли, при фи­зи­чес­ком из­ме­не­ни­и па­ра­мет­ра, из­ме­ря­е­мо­го дат­чи­ком, код АЦП ос­та­ет­ся ве­ли­чи­ной пос­то­ян­ной, то э­лек­три­чес­ка­я цепь под­клю­че­ни­я дат­чи­ка не­ра­бо­тос­по­соб­на.

Ве­ли­чи­ны АЦП яв­ля­ют­ся без­раз­мер­ной ве­ли­чи­ной, но для поль­зо­ва­те­ля в тес­те­рах ­ска­не­рах их при­во­дят к нап­ря­же­ни­ю, ко­то­ро­е вы­да­ет кон­крет­ный дат­чик.

По­э­то­му, ис­поль­зу­я код АЦП, нап­ри­мер, с дат­чи­ка L-­зонд мож­но бо­ле­е наг­ляд­но о­це­ни­вать ра­бо­ту в сис­те­ме кон­ту­ра об­рат­ной свя­зи по под­дер­жа­ни­ю сте­хи­о­мет­ри­чес­ко­го сос­та­ва сме­си. Ес­ли дат­чик L-­зонд не­ра­бо­тос­по­со­бен, то код АЦП на­хо­дит­ся в ди­а­па­зо­не 0,4­-0,7В.

Зна­че­ни­е ко­да АЦП (вы­ход­но­е нап­ря­же­ни­е) с дат­чи­ка по­ло­же­ни­я дрос­се­ля мо­жет у­ка­зать ниж­ню­ю гра­ни­цу, при ко­то­ром сис­те­ма оп­ре­де­ля­ет о­шиб­ку дат­чи­ка. По­ло­же­ни­ю дрос­сель­ной зас­лон­ки рав­но­му ну­лю со­от­ветс­тву­ет нап­ря­же­ни­е с дат­чи­ка 0.52 В.

При вклю­чен­ном за­жи­га­ни­и вы­ход­но­е нап­ря­же­ни­е с дат­чи­ка мас­со­во­го рас­хо­да (код АЦП) дол­жно рав­нять­ся 1,00В.

Дат­чик тем­пе­ра­ту­ры, дат­чик по­ло­же­ни­я дрос­сель­ной зас­лон­ки, дат­чик мас­со­во­го рас­хо­да пи­та­ют­ся нап­ря­же­ни­ем 5,00В, ко­то­ро­е вы­да­ет блок уп­рав­ле­ни­я. Ес­ли блок уп­рав­ле­ни­я вы­да­ет нес­та­биль­но­е нап­ря­же­ни­е, то по­ка­за­ни­я дат­чи­ков бу­дут ме­нять­ся и по­ве­де­ни­е сис­те­мы в э­том слу­ча­е неп­ред­ска­зу­е­мо.

Надеюсь информация будет полезной.

Что такое АЦП датчиков в автомобильной диагностике.

Что такое АЦП датчиков в диагностике

Па­ра­мет­ры ко­дов АЦП от­но­сят­ся к а­на­ло­го­вым дат­чи­кам сис­те­мы уп­рав­ле­ни­я:

  • Дат­чик по­ло­же­ни­я дрос­сель­ной зас­лон­ки
  • Дат­чик тем­пе­ра­ту­ры
  • Дат­чик мас­со­во­го рас­хо­да воз­ду­ха
  • Дат­чик L­ — зонд
  • По­тен­ци­о­метр СО.

Фи­зи­чес­ки, ко­ды АЦП от­ра­жа­ют нап­ря­же­ни­е, ко­то­ро­е вы­да­ет дат­чик. Как пра­ви­ло, э­ти па­ра­мет­ры ис­поль­зу­ют­ся для про­вер­ки це­пей дат­чи­ков. Ес­ли воз­ни­ка­ют ко­ды не­ис­прав­нос­ти, свя­зан­ны­е с низ­ким и­ли вы­со­ким у­ров­нем сиг­на­ла та­ко­го дат­чи­ка, то сис­те­ма уп­рав­ле­ни­я ра­бо­та­ет по ре­зер­вным ре­жи­мам. При э­том зна­че­ни­е па­ра­мет­ра, от­но­ся­ще­го­ся к э­то­му дат­чи­ку, вы­би­ра­ет­ся ли­бо из а­ва­рий­ной таб­ли­цы, ли­бо рас­счи­ты­ва­ет по за­дан­ным фор­му­лам, нап­ри­мер, тем­пе­ра­ту­ра ох­лаж­да­ю­щей жид­кос­ти при не­ис­прав­ном дат­чи­ке тем­пе­ра­ту­ры у­ве­ли­чи­ва­ет­ся по вре­ме­ни ра­бо­ты дви­га­те­ля.

Ес­ли, при фи­зи­чес­ком из­ме­не­ни­и па­ра­мет­ра, из­ме­ря­е­мо­го дат­чи­ком, код АЦП ос­та­ет­ся ве­ли­чи­ной пос­то­ян­ной, то э­лек­три­чес­ка­я цепь под­клю­че­ни­я дат­чи­ка не­ра­бо­тос­по­соб­на.

Ве­ли­чи­ны АЦП яв­ля­ют­ся без­раз­мер­ной ве­ли­чи­ной, но для поль­зо­ва­те­ля в тес­те­рах ­ска­не­рах их при­во­дят к нап­ря­же­ни­ю, ко­то­ро­е вы­да­ет кон­крет­ный дат­чик.

По­э­то­му, ис­поль­зу­я код АЦП, нап­ри­мер, с дат­чи­ка L-­зонд мож­но бо­ле­е наг­ляд­но о­це­ни­вать ра­бо­ту в сис­те­ме кон­ту­ра об­рат­ной свя­зи по под­дер­жа­ни­ю сте­хи­о­мет­ри­чес­ко­го сос­та­ва сме­си. Ес­ли дат­чик L-­зонд не­ра­бо­тос­по­со­бен, то код АЦП на­хо­дит­ся в ди­а­па­зо­не 0,4­-0,7В.

Зна­че­ни­е ко­да АЦП (вы­ход­но­е нап­ря­же­ни­е) с дат­чи­ка по­ло­же­ни­я дрос­се­ля мо­жет у­ка­зать ниж­ню­ю гра­ни­цу, при ко­то­ром сис­те­ма оп­ре­де­ля­ет о­шиб­ку дат­чи­ка. По­ло­же­ни­ю дрос­сель­ной зас­лон­ки рав­но­му ну­лю со­от­ветс­тву­ет нап­ря­же­ни­е с дат­чи­ка 0.52 В.

При вклю­чен­ном за­жи­га­ни­и вы­ход­но­е нап­ря­же­ни­е с дат­чи­ка мас­со­во­го рас­хо­да (код АЦП) дол­жно рав­нять­ся 1,00В.

Дат­чик тем­пе­ра­ту­ры, дат­чик по­ло­же­ни­я дрос­сель­ной зас­лон­ки, дат­чик мас­со­во­го рас­хо­да пи­та­ют­ся нап­ря­же­ни­ем 5,00В, ко­то­ро­е вы­да­ет блок уп­рав­ле­ни­я. Ес­ли блок уп­рав­ле­ни­я вы­да­ет нес­та­биль­но­е нап­ря­же­ни­е, то по­ка­за­ни­я дат­чи­ков бу­дут ме­нять­ся и по­ве­де­ни­е сис­те­мы в э­том слу­ча­е неп­ред­ска­зу­е­мо.

Надеюсь информация будет полезной.

К сожалению, запрашиваемая страница не существует.

Ничего не найдено по данному адресу. Попробуйте воспользоваться поиском или ссылками ниже.

Вам также может понравиться
Тунис называют перекрёстком цивилизаций и культур.
Десятилетие – первый серьезный юбилей в жизни каждой
Порой сложно решить, что подарить на 15 лет подростку-девочке
Поездка к родственникам или друзьям в Турцию неизменно
Редкий турист возвращается из поездки на Байкал с пустыми руками.
Челябинск, расположенный на границе Урала и Сибири
Появление первого зубика у ребенка – это значимое событие
В мусульманском мире церемония бракосочетания называется «никах».

  • Политика конфиденциальности
  • Обратная связь
  • Правовая информация

© 2024 Все права защищены. Использование материалов без согласия автора и прямой индексируемой гиперссылки на сайт top100podarki.ru запрещено. Авторство всех материалов перед публикацией подтверждается в Яндекс и Google. Вся информация на сайте размещена исключительно в ознакомительных целях. Все изображения на сайте принадлежат их правообладателям.

Раскладываем по полочкам параметры АЦП

Привет, Хабр! Многие разработчики систем довольно часто сталкиваются с обработкой аналоговых сигналов. Не все манипуляции с сигналами можно осуществить в аналоговой форме, поэтому требуется переводить аналог в цифровой мир для дальнейшей постобработки. Возникает вопрос: на какие параметры стоит обратить внимание при выборе микроконтроллера или дискретного АЦП? Что все эти параметры означают? В этой статье постараемся детально рассмотреть основные характеристики АЦП и разобраться на что стоит обратить внимание при выборе преобразователя.

image

Введение

Начать бы хотелось с интересного философского вопроса: если аналоговый сигнал — это бесконечность, теряем ли мы при оцифровке сигнала бесконечное количество информации? Если это так, тогда какой смысл существования такого неэффективного преобразования?
Для того, чтобы ответить на этот вопрос, разберемся с тем, что такое аналого-цифровое преобразование сигнала. Основной график, который отражает работу АЦП – передаточная характеристика преобразования. В идеальном мире это была бы прямая линия, то есть у каждого аналогового уровня сигнала имелся бы единственный цифровой эквивалент.

Рис. 1: Идеальная характеристика АЦП

  • Статические — характеризуют АЦП при постоянном или очень медленно изменяющемся входном сигнале. К данным параметрам можно отнести: максимальное и минимальное допустимое значение входного сигнала, разрядность, интегральную и дифференциальную нелинейности, температурную нестабильность параметров преобразования и др.
  • Динамические — определяют максимальную скорость преобразования, предельную частоту входного сигнала, шумы и нелинейности.

Статические параметры

  • Максимальный (Vref) и минимальный (обычно 0) уровни входного сигнала — устанавливают диапазон шкалы преобразования, относительно которой будет оцениваться входной сигнал (рис. 1). Также этот параметр может обозначаться как FS — full scale. Для дифференциального АЦП шкала определяется от -Vref до +Vref, однако для упрощения далее будем рассматривать только single-ended шкалы.
  • Разрядность (N) — разрядность выходного кода, характеризующая количество дискретных значений (), которые преобразователь может выдать на выходе (рис. 1).
  • Ток потребления (Idd) — сильно зависит от частоты преобразования, поэтому информацию об этом параметре лучше искать на соответствующем графике.
  • МЗР (LSB) – младший значащий разряд (Least Significant Bit) — минимальное входное напряжение, разрешаемое АЦП (по сути единичный шаг в шкале преобразования). Определяется формулой: (рис. 1).
  • Ошибка смещения (offset error) – определяется как отклонение фактической передаточной характеристики АЦП от передаточной характеристики идеального АЦП в начальной точке шкалы. Измеряется в долях LSB. При ошибке смещения переход выходного кода от 0 в 1 происходит при входном напряжении отличном от 0.5LSB (рис. 2).
    Рис. 2: Ошибка смещения
    Существует и другой вариант квантователя, когда переход осуществляется при целых значения LSB (характеристика у него будет смещена относительно первого варианта, который представлен на рисунке 2). Оба этих квантователя равноправны, и для простоты далее будем рассматривать только первый вариант.
  • Ошибка усиления (gain error) – определяется как отклонение средней точки последнего шага преобразования (которому соответствует входное напряжение Vref) реального АЦП от средней точки последнего шага преобразования идеального АЦП после компенсации ошибки смещения (рис. 3).
    Рис. 3: Ошибка усиления
  • Дифференциальная нелинейность (DNLDifferential nonlinearity) – отклонение ширины ступеньки на передаточной характеристике реального АЦП от номинальной ширины ступеньки у идеального преобразователя. Из-за дифференциальной нелинейности шаги квантования имеют различную ширину (рис. 4).

Рис. 4: Дифференциальная нелинейность

Рис. 5: Интегральная нелинейность

Динамические параметры

    Частота дискретизации (fssampling frequency) — частота, при которой происходит преобразование в АЦП (ну или 1/Ts, где Ts — период выборки). Измеряется числом выборок в секунду. Обычно под данным обозначением подразумевают максимальную частоту дискретизации, при которой специфицированы параметры преобразователя (рис. 6).

Рис. 7: Отношение сигнал/шум

Для оценки SNR АЦП при разработке системы можно воспользоваться следующей формулой:
Первые 2 слагаемых учитывают уровень сигнала и ошибку квантования (нужно понимать, что формула верна для сигнала размаха полной шкалы). Третье слагаемое учитывает эффект передискретизации (выигрыш по обработке или processing gain): если полоса обрабатываемого сигнала (BW < fs/2), то, применив цифровой фильтр низких частот (либо полосовой, тут зависит все от полосы и несущей) к результату преобразования, можно вырезать часть шума АЦП, а оставшаяся часть будет распределена от 0 до BW (рис. 8). Если шум АЦП равномерно распределен по всем частотам (т.н. «белый» шум) интегральный шум после фильтрации уменьшится в fs/2 / BW раз, что и отражает третий член формулы.

Рис. 8: Увеличение SNR за счет передискретизации

Рис. 9: Нелинейные искажения

Рис. 10: интермодуляционные искажения

Полоса пропускания АЦП и субдискретизация (undersamling/sub-sampling)

Полоса пропускания преобразователя (FPBWFull Power (Analog) Bandwidth). Обычно ширина полосы преобразователя составляет несколько зон Найквиста. Этот параметр должен быть в спецификации, но, если его нет, можно попробовать самостоятельно оценить минимально возможное значение полосы пропускания для данного АЦП. За период выборки емкость УВХ должна зарядиться с точностью 1 LSB. Если период выборки равен , то ошибка выборки сигнала полной шкалы равна:

Решив относительно t, получаем:

Положив, что , определим минимальную полосу АЦП (для ):

Например, для 16 битного АЦП с частотой дискретизации 80 Мвыб/c и шкалой 2 В ограничение снизу для полосы пропускания, рассчитанное по этой формуле, составит FPBW = 282 МГц.

Analog Bandwidth является очень важным параметром при построении систем, которые работают в режиме субдискретизации (“undersampling”). Объясним это подробнее.
Согласно критерию Найквиста, ширина спектра обрабатываемого сигнала должна быть как минимум в 2 раза меньше частоты дискретизации, чтобы избежать элайзинга. Здесь важно, что именно ширина полосы, а не просто максимальная частота сигнала. Например, сигнал, спектр которого расположен целиком в 6-й зоне Найквиста может быть теоретически дискретизован без потери информации (рис. 11). Ограничив спектр этого сигнала антиэлайзинговым фильтром, его можно подавать на дискретизатор с частотой fs. В результате сигнал отразится в каждой зоне.

Рис. 11: undersampling

Свойство переноса спектра при дискретизации

Undersampling или sub-sampling имеет место быть из-за свойств дискретизации. Рассмотрим на примере, пусть имеется сигнал a(t) и его спектральная плотность (рис. 12). Необходимо найти спектральную плотность сигнала после дискретизации сигнала .

Рис 12: дискретизация непрерывного сигнала

По фильтрующему свойству дельта-функции:

С помощью формулы Релея вычислим спектр:

Из этого выражения следует что спектр сигнала будет повторяться во всех зонах Найквиста.

Итак, если есть хороший антиэлайзинговый фильтр, то соблюдая критерий Найквиста, можно оцифровывать сигнал с частотой дискретизации намного ниже полосы АЦП. Но использовать субдискретизацию нужно осторожно. Следует учитывать, что динамические параметры АЦП деградируют (иногда очень сильно) с ростом частоты входного сигнала, поэтому оцифровать сигнал из 6-й зоны так же «чисто», как из 1-й не получится.
Несмотря на это субдискритезация активно используется. Например, для обработки узкополосных сигналов, когда не хочется тратиться на дорогой широкополосный быстродействующий АЦП, который вдобавок имеет высокое потребление. Другой пример – выборка ПЧ (IF-sampling) в РЧ системах. Там благодаря undersampling можно исключить из радиоприемного тракта лишнее аналоговое звено — смеситель (который переносит сигнал на более низкую несущую или на 0).

Сравним архитектуры

На данный момент в мире существует множество различных архитектур АЦП. У каждой из них есть свои преимущества и недостатки. Не существует архитектуры, которая бы достигала максимальных значений всех, описанных выше параметров. Проанализируем какие максимальные параметры скорости и разрешения смогли достичь компании, выпускающие АЦП. Также оценим достоинства и недостатки каждой архитектуры (более подробно о различных архитектурах можно прочитать в статье на хабр).

Таблица сравнения архитектур

Тип архитектуры Преимущества Недостатки Максимальное разрешение Максимальная частота дискретизации
flash Быстрый преобразователь. Преобразование осуществляется в один такт. Высокое энергопотребление. Ограниченное разрешение. Требует большой площади кристалла ( компараторов). Трудно согласовать большое количество элементов (как следствие низкий выход годных). 14 бит 128 КВыб/с AD679 3 бит 26 ГВыб/с HMCAD5831
folding-interpolated Быстрый преобразователь.
Преобразование осуществляется в один такт. Требует меньшее число компараторов благодаря предварительной «свёртке» всего диапазона обработки в некоторый более узкий диапазон. Занимает меньше площади.
Ошибки, связанные с нелинейностью блока свёртки.
Задержка на установление уровней в блоке свёртки, которая уменьшает максимальную fs.
Среднее разрешение.
12 бит 6.4 ГВыб/с ADC12DL3200 12 бит 6.4 ГВыб/с ADC12DL3200
SAR Высокая точность.
Низкое энергопотребление. Легка в использовании.
Ограниченная скорость. 32 бит 1 МВыб/с LTC2500 10 бит 40 МВыб/с XRD64L43
pipeline Быстрый преобразователь. Самая высокая точность среди быстрых АЦП.
Не занимает большую площадь. Имеет меньшее потребления, среди аналогичных быстрых преобразователей.
Конвейерная задержка. 24 бит 192 КВыб/с AK5386 12 бит 10.25 ГВыб/с AD9213
dual-slope Средняя точность преобразования.
Простота конструкции.
Низкое потребление.
Устойчивость к изменениям факторов внешней среды.
Обрабатывает низкочастотные
Сигналы (низкая fs). Посредственное разрешение.
12+знаковый бит 10 Выб/с TC7109 5+знак бит 200 КВыб/с HI3-7159
∑-Δ Самая высокая точность пре-
Образования благодаря эффекту «Noise shaping» (специфическая фильтрация шума квантования) и передискретизации.
Не может работать с широкополосным сигналом. 32 бита 769 КВыб/с AK5554 12 бит 200МВыб/с ADRV9009

Информацию для таблицы брал на сайте arrow, поэтому если что-то упустил поправляйте в комментариях.

Заключение

Описав параметры разрабатываемой вами системы, можно понять, какие характеристики АЦП для вас являются критичными. Однако не стоит забывать, что динамические параметры преобразователей сильно зависят от многих факторов (частота дискретизации, частота входного сигнала, амплитуда входного сигнала и тд.) Зачастую в таблицах параметров в документации указывают только «красивые» (с точки зрения маркетинга) цифры. Приведу пример, возьмем АЦП ad9265 и рассмотрим его параметр SFDR при частоте входного сигнала 70 МГц:

Таблица показывает значение SFDR при максимальных значениях частоты дискретизации, однако если вы будете использовать частоту ниже (к примеру 40 МГц), вы не получите этих «хороших» значений. Поэтому советую анализировать характеристики АЦП по графикам, чтобы примерно понимать, сможет ли данная микросхема обеспечить нужную вам точность преобразования.

  • АЦП
  • схемотехника для чайников
  • электроника
  • Блог компании Миландр
  • Схемотехника
  • Электроника для начинающих
  • Инженерные системы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *