ADC sigma–delta đo điện áp tinh hơn từ một chuỗi quyết định thô bằng cách nào?
Khám phá mở rộng – Vật lý 12
ADC sigma–delta có thể tạo số đo tinh bằng cách phối hợp rất nhiều quyết định nhanh, một vòng phản hồi và bộ lọc số. Nó không biến một quyết định chỉ có hai mức thành một số chính xác tùy ý trong một lần nhìn.
Sai lệch được theo dõi liên tục qua nhiều nhịp
Trong một cấu hình cơ bản, mạch so đầu vào với tín hiệu hồi tiếp rồi tích lũy sai lệch. Bộ lượng tử hóa tạo chuỗi mức; một DAC đưa quyết định đó trở lại miền điện áp để tiếp tục so.
Với kiểu một bit, chuỗi gồm hai trạng thái. Cách các trạng thái xuất hiện qua nhiều thời điểm mang thông tin về đầu vào trong dải mà hệ đang theo dõi. Không cần mỗi nhịp riêng lẻ có đủ số mức để biểu diễn toàn bộ độ tinh của kết quả cuối.
Đây là một kiến trúc minh họa; có các sigma–delta dùng bộ lượng tử hóa nhiều bit và vòng phức tạp hơn.
Vì sao không chỉ đếm thật nhiều rồi lấy trung bình?
Lấy mẫu dư cung cấp dư địa để tách dải tín hiệu cần giữ khỏi phần phổ không cần. Nhưng tác dụng quan trọng còn đến từ noise shaping: vòng được thiết kế làm phần sai lệch lượng tử hóa có phân bố phổ ít bất lợi hơn trong dải quan tâm.
Bộ lọc số sau đó giữ phần tín hiệu hữu ích và giảm phần ngoài dải. Không nên gọi đây là mọi nhiễu được dời khỏi tín hiệu; nhiễu nhiệt, sai số tham chiếu và các nguồn khác vẫn có thể còn.
Dòng dữ liệu cuối có thể chậm hơn nhiều
Sau lọc, hệ giảm tốc độ dữ liệu theo cách phù hợp, gọi là decimation. Vì vậy, số mẫu xuất ra mỗi giây không nhất thiết bằng số quyết định bên trong bộ điều chế.
Ví dụ, đo một tín hiệu cảm biến thay đổi chậm có thể chấp nhận độ trễ để đổi lấy độ tinh tốt trong dải hẹp. Một tín hiệu thay đổi nhanh lại cần cân nhắc băng thông và thời gian ổn định, không chỉ nhìn số bit quảng cáo.
Hiểu lầm: đo càng nhiều lần thì mọi tín hiệu bất kỳ đều được khôi phục chính xác. Phép đo có dải, mức nhiễu và miền ổn định cụ thể.
Ghi nhớ: phản hồi theo dõi sai lệch, chuỗi nhanh mã hóa thông tin, định dạng nhiễu tạo lợi thế trong dải, lọc số xuất kết quả phù hợp.
Đọc thêm
- ADC xấp xỉ liên tiếp tìm giá trị điện áp bằng những lần so sánh ra sao?
- Bộ khuếch đại lock-in tìm tín hiệu yếu giữa nhiễu bằng nhịp tham chiếu ra sao?