|
Analog va raqamli signal haqida umumiy tushuncha
|
| bet | 5/6 | | Sana | 08.01.2024 | | Hajmi | 128,96 Kb. | | #132114 |
Bog'liq Analog va raqamli signal haqida umumiy tushuncha 12.2 Mavzu, Koaksial kabellar, O`zbеkiston rеspublikasi-fayllar.org, O’zbekiston Respublikasi Oliй va o’rta maxsus ta’lim vazirligi, 1, 2-Mavzu, suv-resurslarini-muhofaza-qilish-va-ulardan-samarali-foydalanish (1), Kiber 227lik, Xorijiy davlatlarining elektron raqamli imzo algoritmlari tahlili Ergashev Azamat, V. E. Gmurman Ehtimollar nazariyasi va matematik statistika . O, Mustaqil ishim.Ikki tomonlama aloqa.
Ushbu rejimda signalni qabul qilish ham, uzatish ham bir vaqtning o'zida ikki yo'nalishda amalga oshirilishi mumkin xuddi shu paytni o'zida... Bunga yorqin misol mobil yoki uy telefoniyoki Skype orqali suhbat.
Signal xabar yoki ma'lumot sifatida uzatilishi mumkin bo'lgan kuchlanish yoki oqim sifatida tavsiflanadi. Tabiatiga ko'ra barcha signallar analog yoki doimiy yoki o'zgaruvchan, raqamli yoki impulsli bo'ladi. Biroq analog va raqamli signallarni ajratish odatiy holdir.
Raqamli signal - bu ma'lum bir shaklda qayta ishlangan va raqamlarga aylantirilgan signal. Odatda bu raqamli signallar haqiqiy analog signallar bilan bog'liq, ammo ba'zida ular o'rtasida hech qanday bog'liqlik bo'lmaydi. Masalan, mahalliy tarmoqlarda (LAN) yoki boshqa yuqori tezlikda ishlaydigan tarmoqlarda ma'lumotlarni uzatish.
Raqamli signalni qayta ishlashda (DSP) analog signal raqamli konvertor (ADC) deb nomlangan qurilma tomonidan ikkilik shaklga o'tkaziladi. ADC analog signalning ikkilik ko'rinishini chiqaradi, keyinchalik u arifmetik raqamli signal protsessori (DSP) tomonidan qayta ishlanadi. Ishlov berilgandan so'ng, signal tarkibidagi ma'lumotlar raqamli-analogli konvertor (DAC) yordamida analog shaklga qaytarilishi mumkin.
Signal ta'rifidagi yana bir muhim tushuncha - bu signal har doim ba'zi ma'lumotlarni olib yurishi. Bu bizni analog analog signalni qayta ishlashning asosiy muammosi - ma'lumot olish muammosiga olib keladi.
Signalni qayta ishlash maqsadlari.
Signalni qayta ishlashning asosiy maqsadi - ular tarkibidagi ma'lumotlarni olish zarurati. Ushbu ma'lumotlar odatda signal amplitudasida (mutlaq yoki nisbiy), chastotada yoki spektral tarkibda, fazada yoki bir nechta signallarning vaqtga bog'liqligiga bog'liq.
Kerakli ma'lumot signaldan chiqarilgandan so'ng, u turli usullarda ishlatilishi mumkin. Ba'zi hollarda signal tarkibidagi ma'lumotlarni qayta formatlash maqsadga muvofiqdir.
Xususan, signal formatining o'zgarishi ovozli signal chastotali bo'linish (FDMA) telefon tizimida uzatilganda sodir bo'ladi. Bunday holda, analog usullar mikroto'lqinli radiorele, koaksiyal yoki optik tolali kabel orqali uzatish uchun chastota spektrida bir nechta ovozli kanallarni joylashtirish uchun ishlatiladi.
Raqamli aloqa holatida analog audio ma'lumotlar dastlab ADC yordamida raqamliga o'tkaziladi. Alohida audio kanallarni ifodalovchi raqamli ma'lumotlar vaqt multipleksi (multiplexing time multiplexing, TDMA) va ketma-ket raqamli havola orqali uzatiladi (PCM tizimidagi kabi).
Signalni qayta ishlashning yana bir sababi bu signalning o'tkazuvchanligini siqish (ma'lumotni sezilarli darajada yo'qotmasdan), so'ngra formatlash va past stavkalarda ma'lumotlarni uzatish, bu esa kanalning kerakli o'tkazuvchanligini toraytirishga imkon beradi. Yuqori tezlikda ishlaydigan modemlar va impuls kodlarini moslashtirish (ADPCM) tizimlari raqamli mobil aloqa tizimlari, MPEG audio yozuvlar tizimlari va yuqori aniqlikdagi televizorlar (HDTV) kabi ma'lumotlarni ortiqcha (siqish) algoritmlaridan keng foydalanadi.
Sanoat ma'lumotlarini yig'ish va boshqarish tizimlari mos signallarni yaratish uchun datchiklardan olingan ma'lumotlardan foydalanadi mulohazabu esa o'z navbatida jarayonni bevosita boshqaradi. Shuni esda tutingki, ushbu tizimlarga ADC va DAC, shuningdek datchiklar, signal konditsionerlari va DSP (yoki mikrokontroller) kerak.
Ba'zi hollarda ma'lumotni o'z ichiga olgan signalda shovqin paydo bo'ladi va asosiy maqsad signalni tiklashdir. Ushbu vazifani analog va raqamli sohalarda bajarish uchun ko'pincha filtrlash, avtokorrelyatsiya, konvolyutsiya va boshqalar kabi usullardan foydalaniladi.
MikroEHMlar stanoklar, turli avtomatlar, ilmiy tajribalarni olib borishni boshqaradi. Bu va boshqa qurilmalar, oʻlchov asboblari va tizimlarida uzluksiz (analog) elektr signallari bilan ishlaydigan elektr datchiklar ishlatiladi. Datchik va ijro organlari (masalan, elektrodvigatellar) ni mikroEHM bilan bogʻlash uchun analog signalni shu signal amplitudasiga proporsioanl songa oʻzgartirish va aksincha oʻzgartirish talab qilinadi.
Analog shakldagi ma’lumotni raqamli shaklga oʻzgartirish prinsipini richagli tarozilarda oʻlchash jarayoni bilan solishtirish mumkin. Tarozida oʻlchashni amalga oshirish uchun uning bir elkasiga noma’lum ogʻirlikdagi yuk qoʻyiladi, ikkinchi elkasiga esa, toshlar. Toshlar (masalan 1 g ogʻirlikdagi) tarozi muvozanat qolga kelguncha qoʻyilib boriladi. Toshlar soni yukning grammlardagi vazniga toʻgʻri keladi. 1 g. Ogʻirlikdagi toshlar bilan oʻlchanganda analog kattalik 0,5 g. xatolik, 10 g.li toshlar bilan oʻlchanganda esa 5 g. xatolik bilan oʻlchanadi. Bu xatolik kvantlash xatoligi deb ataladi.
Oʻlchash algoritmiga mos ravishda richagli tarozi rolini ikki kirishli solishtirish sxemasi (komparator) bajaradi. Tarozining bir elkasiga oʻzgarmas kattalikdagi oʻlchanayotgan kuchlanish oʻrnatiladi, ikkinchi elkasiga raqamli datchik nazorati ostida pogʻonasimon ortib borayotgan kuchlanish beriladi. Kuchlanishning har bir pogʻonasi tarozi elkasiga qoʻshimcha tosh qoʻyish amaliga mos keladi. Olingan ma’lumot esa tarozilar muvozanatga kelgach qayd etiladi.
Solishtirish jarayoni maxsus signal yordamida startstop trigger sxemasining ishga tushirilishi bilan boshlanadi. Triggerli sxema pogʻonasimon ortib boruvchi kuchlanish generatori va ikkilik hisoblagichni boshqaruvchi toʻgʻri burchakli impulslar shakllantiradi. Bu generator pogʻonpsimon kuchlanish ishlab chiharadi, hisoblagich esa hisobni noldan boshlaydi.
Pogʻonasimon kulchanish kirish bilan tenglashsa, uni komparator qayd etadi, startstop trigger dastlabki holatiga qaytadi va toʻgʻri burchakli signallarning kelishi qoʻshimcha mantiqiy element yordamida blokirovka qilinadi.
Bunday sodda oʻzgartirish sxemasi yordamida analog kattalik raqamli shaklga ancha uzoq vaqt davomida oʻzgartiriladi, chunki pogʻonasimon kuchlanish ketma-ket kiritiladi.
Oʻzgartirish vaqtini qisqartirish maqsadida pogʻonasimon kuchlanish generatori raqamli-analog oʻzgartirgich bilan almashtiriladi. Shuning uchun analog-raqamli oʻzgartirgich (AROʻ) sxemasiga raqamli-analog oʻzgartirgich (RAOʻ) sxemasi bilan tanishib boʻlgach qaytamiz.
Raqam analogli va analog raqamli almashtirgichlar axborotli o‘lchov tizimlari, aloqa texnikasi, raqamli telivediniya, maishiy texnikava hakozo sohalarda keng qo‘llaniladi. O‘lchamli rezistorlar asosidagi RAA lar qo‘llaniladi. Masalan, elektrodvigatellar, elektromagnitlar va hakozolarni avtomatik boshqarishda RAA lark eng qo‘llaniladi. Eng oddiy o‘lchamli rezistorlar asosidagi RAA (1-rasm) R1 ….R4 rezistorlardan iborat rezistiv matrisa va OK dan iborat yig‘uvchi kuchaytirgich va 3V li tayanch kuchlanish manbaidan tashkil topgan. Tayanch kuchlanish Ut A,B,C,D qayta ulagichlar asosida rezistiv matrisaga ulanadi va bir tizimli boshqariluvchi klaviaturalar aylantiriladigan kodni immitatsya qiladi. Chiqish U0 kuchlanish multimetr yordamida o‘lchanadi. Bunday RAA to‘g‘ridanto‘g‘ri almashtiruvchi qurulmalar tarkibiga kiradi. Agar sxemada tasvirlangandek barcha qayta ulagichlar “yer”ga ulanadigan bo‘lsa, operatsion kuchaytirgich kirish va chiqishidagi kuchlanish nolga teng bo‘ladi. Faraz qilaylik A qayta ulagich mantiqiy 1 ga mos keluvchi holatga ulangan bo‘lsin, u holda 0,1 kirishga R resistor orqali 3V kuchlanish beriladi.
Tajriba natijalarni yig‘ish sohadagi eng ko‘p tarqalgan ARA bu ketma-ket yaqinlashuvdagi bo‘lib hisoblanadi. Xsusan bu bir necha kirish signallarni multpleksya qilish talab qilinganda. Bunday qurulma tajriba natijalarni yig‘ishda ulkan quvvatli tizim hisoblanadi. Zamonaviy ketma-ket yaqinlashuvdagi ARA 8 razryadlidan 18 bitgacha va almashtirish chastotasi bir necha MHz gacha bo‘lishi mumkin. Chiqish natijalari odatda standart ketma-ketlikdagi interfeyslar orqali (I2S yoki (ISPJ) orqali beriladi, biroq parallel chiqishli (albatta ularning chiqish uchlarining soni va o‘lchami katta bo‘ladi) mavjud. Ketma-ket yaqinlashuvdagi ARA ning asos sxemasi 2.4-rasmda keltirilgan. Tez o‘zgaruvchi signallarga ishlov berish imkoniyatiga ega bo‘lish uchun ARA kirishida tanlash va saqlash qurulmasi o‘rnatilgan. Bu qurulmaning chiqishida almashtirish sikli davomida chiqishidagi signal doimiy bo‘ladi. Almashtirish raqam analogi almashtirgich chiqishidagi kuchlanish oraliq diapazoniga yetganda boshlanadi. Komparator tanlovchi va saqlovchi qurulmaning chiqishidagi kuchlanish bilan RAA chiqishidagi kuchlanishlarni taqqoslaydi. Taqqoslash natijasida (bu chiqish kodining katta biti hisoblanadi) ketma-ket yaqinlashuvdagi registorga 0 yoki 1 tarzida yoziladi, shundan so‘ng katta bit qiymatiga bog‘liq holda RAA ning chiqishida ¼ yoki ¾ diapazondagi kuchlanish o‘rnatiladi va komparator keyingi bitning qiymatini aniqlaydi. Natija registrga yoziladi va 39 jarayon barcha bitlarning qiymatlari aniqlangunga qadar davom etadi. Almashtirish tugagandan so‘ng tayyor ekanlikning mantiqiy signali o‘rnatiladi ( UEOC, DRDY, BUSY va hakozo deb atalishi mumkin). Ketma-ket yaqinlashuvdagi ARA ning vaqt diagrammasi, 2.5-rasmda keltirilgan. Vaqt diagrammasida tasvirlangan signallar barcha turdagi ARA larda mavjud bo‘ladi, biroq turli qurulmalarda turlicha atalishi mumkin. Zamonaviy ketma-ket yaqinlashuvdagi mikrosxemalarda almashtirish jarayoni yuqori chastotali faktrlangan signallar bilan amalga oshiriladi. Bu mikrosxemalarning ichida joylashtirilgan yoki tashqaridan boshqariladigan bo‘lishi mumkin va bunda almashtirishni ishga tushirish kirishiga sinxronlashtiruvchi signal albatta berilishi lozim.
Zamonaviy Segma-Delta ARA lar integrallovchi ARA larni siqib chiqardi, chunki integrallovchi ARA larda integrallash jarayoni juda ko‘p bo‘lib, yuqori aniqlikni talab qiladi va almashtirishning effektiv chastotasi bir necha Hz dan iborat. Segma-Delta ARA kirishida programmalashtirilgan kuchaytirgichning o‘rnatilishi datchik chiqishidagi juda ham kichik signallarni almashtirish imkonni beradi. Almashtirish chatotasini va raqamli filtrdan o‘tkazish sohasini to‘g‘ri tanlash tarmoq kuchlanishidan kelayotgan 50-60 Hz li xalaqitlarni to‘liqligicha so‘ndirish imkonini beradi.[9] Quyidagi 2.6-rasmda ARA dagi shovqinlar spektri tasvirlangan bo‘lib bu spektr ARA kirishidagi signal spektrining kengligi 0 dan deskritizatsya chastota fS/2 oraliqda tasvirlangan va shu oraliqda kvantlash shovqini ham bir tekisda tasvirlangan. 2.6b-rasmda deskritizatsya chastotasi k marta ko‘paytirilgan (kdeskritezatsya koefsyenti). Kirish signalining kengligi esa o‘zgarishsiz qolgan Segma-Delta ARA sxemasi 2.6a-rasmda tasvirlangan bo‘lib, u integrator taktli chastotalar generatori kommutator va raqamli filtirlardan tashkil topgan.
Raqamli hisoblash mashinasini ob’yektlardagi uzluksiz ma’lumotlardan foydalanuvchi qurilmalar bilan bog‘lashda raqamli shakildagi ma’lumotlarni analogliga (uzluksiz) va analoglini raqamliga almashtirish talab qilinadi. Qandaydir fizikaviy kattaliklarni unga ekvivalent bo‘lgan qiymatga almashtiruvchi avtomatik qurilmaga (raqamli kodlarga berilgan kirish qiymatlarini dekodirlovchi) raqam-analogli almashtirgich (RAA) deyiladi. Almashtirish, kirishdagi i Nt raqamli kattaliklarni unga ekvivalent bo‘lgan ( ) i x t analogliga mosligini ta’minlaydi. Istalgan i t vaqtdagi miqdoriy bog‘lanish i ti i x(t ) N x x ifoda bilan aniqlanadi, bunda x - sath bo‘yicha kvantlash qadami (birlik kichik razryadli kodning analogli ekvivalenti); i x - almashtirish xatosi. [1] Analogli qurilmalarni raqamli hisoblash mashinasi berayotgan raqamli ma’lumotlar yordami bilan boshqarishda RAA keng qo‘llaniladi. Bundan tashqari, analog raqamli almashtirgichlar tarkibida, RAA shakllantirayotgan analogli signal (tok yoki kuchlanish) bilan aylantirilayotgan signalni taqqoslash maqsadida ham xizmat qiladi.
Almashtirgichlar asosan integral mikrosxema (IMS) shaklida ishlab chiqariladi. Bunda RAA ma’lumotlarga ishlov beruvchi turli mikroprosessorli tizimlarda qo‘llanilishi nazarda tutiladi. Hozirgi vaqtda uch xil texnalogiya bilan: modulli, gibridli va yarim o‘tkazgichli RAA ishlab chiqarilmoqda. Integral mikrosxemalar (RAA IMS) ishlab chiqarish hajmi ortib bormoqda. Raqam analogli almashtirishning ikki turi keng tarqalgan: a) ustuvor ikkilangan vazn qarshiliklardan iborat rezistiv matrisali, b) R -2R matrisa deb ataluvchi ikki nominalli qarshiliklardan tashkil topgan matrisali. Ustuvor ikkilangan vazn qarshilikli RAA: har bir N razryadga almashtirilgan ikkilangan kod bilan boshqariluvchi n ta kalit; ikkilangan vaznli rezistorlar matrisasi; UT tayanch kuchlanishi manbai; ikkilangan vaznli qarshiliklar orqali o‘tayotgan toklarni yig‘uvchi raqamli signalga proporsional bo‘lgan Ich chiqish analogli signalini hosil qiluvchi chiqish OK kabi qismlardan tashkil topgan.
Kichik va katta razryadlardagi qarshiliklar qiymatlari bir-biridan 2 n-1 marta farq qiladi va bu farq yuqori darajadagi aniqlik bilan saqlanishi lozim. Misol uchun 12 razryadli RAA katta razryaddagi qarshilik 10 kOm bo‘lsa, kichik razryadga 20 MOm qarshilik ulash talab qilinadi. Agar yuqori darajali aniqlik bilan almashtirish talab qilinadigan bo‘lsa, u holda ustuvor ikkilangan vazn qarshilikli RAA har bir razryaddagi yarim o‘tkazgichli kalit uchun keng nominalli qarshiliklardan tanlash lozim bo‘ladi. Ikki nominalli qarshiliklardan tuzilgan RAA har bir razryadida qo‘shimcha rezistor mavjud bo‘lganidan, bunday qiyinchiliklardan holidir (1.3 - rasm). Almashtirgichlardagi rezistorlardan iborat matrisa chiziqli zanjir bo‘lganligidan, uning ishini superpozisiya usuli bilan tushuntirish mumkin, ya’ni har bir manbadan (razryaddan) berilayotgan kodning chiqish kuchlanishiga qo‘shgan hissasi bir – biriga bog‘liq bo‘lmagan holda alohida hisoblanadi. Har bir razryad ulushi qo‘shilib RAA chiqishida kuchlanishni hosil qiladi. Katta razryad KAn-1 kaliti tayanch kuchlanishiga, qolgan barcha kalitlar umumiy shinaga ulangan kalitning ishini ko‘rib chiqamiz. Mn-1 tugundan o‘ng tomondagi zanjirning ekvivalent qarshiligi 2R ga teng, chunki OK ning kirish uchi nol potensialga ega. Mn-1 tugundan yuqoridagi zanjirlar ham 2R ekvivalent qarshilikka ega ekanligini tekshirish qiyin emas. Qaralayotgan hol uchun matrisaning ekvivalent sxemasi 1.4 – a rasmda tasvirlangan.
Tokli kalitlar asosida tuzilgan RAA afzalliklari: kommutatsiya zanjirlaridagi kuchlanish tushuvining kamligi bilan bog‘liq bo‘lgan yuqori tezkorlik, kichik vaqt doimiysi parazit sig‘imlarning tezlik bilan qayta zaryadlanishi, strukturasining bir jinsliligi bilan bog‘liq bo‘lgan texnologiya. Shunga qadar RAA ishoraga ega bo‘lmagan raqamlar shaklida berilayotgan axborot bilan boshqarilar edi. Ishoraga ega bo‘lgan sonlarni almashtirish o‘ziga xos xususiyatga ega. Musbat va manfiy qiymatlarni qabul qiluvchi kodlarni tasavvur qilish uchun bir nechta turdagi kodlardan foydalaniladi. Misol tariqasida 3.1 jadvalda yetti razryadli RAA uchun ishorani hisobga oluvchi to‘g‘ri kod, qo‘shimcha kod va chiqish kuchlanishi keltirilgan (KRB – kichik razryad birligi). Sxemasi 1.7- b rasmda tasvirlangan RAA Ч I chiqish toki invertirlovchi kuchaytirgich OK1 invertirlovchi kirishiga berilib, teskari qutbli kuchlanishga aylantiriladi. Bu kuchlanish kalitning yuqori uchiga va keyingi kuchaytirgich OK2 invertirlovchi kirishga berilib, RAA chiqishidagi kuchlanish qanday qutbda bo‘lsa, shunday qutbli kuchlanishga aylantiriladi. Natijada n a ishorali kod (ishorali to‘g‘ri kod) bilan boshqarilayotgan kalitning yuqori va quyi uchlarida bir xil amplitudali qarama – qarshi ishoradagi potensiallar beriladi va n a ga bog‘liq holda mos potensiallar OK3 takrorlagich kirishiga beriladi.
|
| |
