Обработка сигнала аналоговая

Аналоговая обработка сигнала

Исторически аналоговая обработка сигнала возникла вместе с развитием аналоговой схемотехники и задолго до возникновения цифровой обработки сигналов. И сама цифровая техника произошла от аналоговой – это не стоит забывать.

По мере удешевления вычислительных ресурсов, цифровая обработка сигналов вытесняла аналоговую,  однако,  до сих пор имеются значительные области применения аналоговой обработки сигналов в системах сбора данных и управления. Многие датчики, устройства управления (устройства сопряжения с объектами - УСО) остаются сугубо аналоговыми, они работают порой гораздо более тяжёлых условиях эксплуатации, по сравнению с централизованными вычислительными средствами и нередко требуют аналоговой пред- или постобработки сигнала (нормализацию, согласование сигналов по различным параметрам). Для ряда задач (регуляторы в системах управления) устройства аналоговой обработки могут оказаться надёжнее сопоставимых устройств цифровой обработки. Всё это означает, что аналоговая обработка сигнала остаётся по-прежнему актуальной в специализированных областях применения.

Параллельно с бурным развитием цифровой техники аналоговая элементная база также значительно развивалась: улучшались электрические параметры аналоговых элементов  за счёт качественных улучшений технологии, повышалась степень интеграции, улучшалась конструкция, уменьшался габарит, улучшался показатель цена/качество. Можно сказать, что аналоговая элементная база развивалась вширь, поскольку одновременно с развитием компонентов универсального применения появлялись новые узкоспециализированные компоненты.    

Перечислим далее основные возможности аналоговой схемотехники и возможности выполнения конкретных операций обработки и преобразования сигналов.

Линейные операции преобразования сигналов.

  1. Суммирование, вычитание сигналов, смещение постоянной составляющей сигнала.
  2. Масштабирование – усиление и деление сигналов. К этим методам относятся методы усиления/деления напряжения.
  3. Аналоговая буферизация  – уменьшение внутреннего сопротивления источника сигнала. Это преобразование можно тоже отнести к масштабированию, поскольку аналоговый буфер-повторитель  – это усилитель тока. 
  4. Интегрирование и дифференцирование сигналов.
  5. Гальваническая изоляция – передача сигнала через неэлектропроводную границу сред.
  6. Фильтрация сигналов.
  7. Линейные корректоры АЧХ и ФЧХ, звенья задержки сигнала.
  8. Линейные преобразователи: напряжение – ток, ток – напряжениезаряд – напряжение.

Операции преобразования сигналов со следящей обратной связью.

  1. Захват частоты, фазы на основе системы ФАПЧ– фазовой автоподстройки частоты (PLL – Phase-locked loop).
  2. Выработка сигнала управления ПИД - регулятора (пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора – PID controller).
  3. Автоматическая регулировка усиления (АРУ).

Нелинейные операции.

  1. Ограничение тока и напряжения сигнала.
  2. Компарирование сигнала (преобразование к бинарному виду), в том числе, двухпороговое компарирование с гистерезисом.
  3. Сжатие и расширение динамического диапазона сигнала.
  4. Адаптивное шумоподавление.
  5. Логарифмирование и возведение в степень.
  6. Возведение в квадрат и квадратный корень.
  7. Генерация модуля входного сигнала.

Импульсные операции.

  1. Восстановление постоянной составляющей сигнала.
  2. Селекция сигнала по длительности импульса, по частоте импульсов.
  3. Формирование импульсов.
  4. Коммутация сигналов.
  5. Пиковый детектор.
  6. Триггерные схемы с сильной положительной обратной связью
  7. Импульсные преобразователи.

Радиотехнические методы преобразования спектра сигнала.

  1. Модуляция сигналов (амплитудная, частотная, фазовая и их многочисленные вариации ).
  2. Демодуляция (детектирование) сигналов (амплитудная, частотная, фазовая и их многочисленные варианты), включая синхронное детектирование.
  3. Преобразование частоты сигнала (по принципу смесителя-гетеродина).

Генерация сигналов.

  1. Генераторы импульсные, синусоидальные, функциональные.
  2. Генераторы шума.
  3. Генераторы кварцевые. 
  4. Управляемые генераторы.

Вышеперечисленные операции могут осуществляться с применением пассивной и активной полупроводниковой схемотехники с использованием оптических, пьезокристаллических, кварцевых, индуктивных, емкостных физических принципов.

При создании систем сбора данных и управления перед разработчиками оборудования и ПО всегда стоит задача нахождения оптимального баланса при выборе аналоговых и цифровых методов обработки сигнала для достижения наилучшего соотношения цена-качество на условиях  удовлетворения требований техзадания.

Литература:

  • Титце У., Шенк К. - Полупроводниковая схемотехника. Изд. 12-ое в 2-х томах — ДМК Пресс, 2008 г.
  • Хоровиц П., Хилл У. - Искусство схемотехники. Изд.— Мир, Бином, 2009 г.
  • Analog Circuit Design Tutorials - учебные материалы на сайте компании Analog Devices

 

 

Перейти к другим терминам       Cтатья создана:08.09.2014
О разделе "Терминология"      Последняя редакция:01.07.2017

Контакты

Адрес: 117105, Москва, Варшавское шоссе, д. 5, корп. 4, стр. 2

Многоканальный телефон:
+7 (495) 785-95-25
Факс: +7 (495) 785-95-14

Отдел продаж: sale@lcard.ru
Техническая поддержка: support@lcard.ru

Время работы: с 9-00 до 19-00 мск

L-CARD в проектах