Зачем нужны 10-битные АЦП встроенные в МК?

Привет, Andrey!


 AS> - для каких классов задач наиболее правильным является использование
 AS> таких
 AS> АЦП с разрядностью 10 бит, ведь такая разрядность АЦП подразумевает, что

Достаточно много датчиков имеет погрешность 0.5-2 %
В этом случае МЗР 10-битного АЦП вносит вполне допустимую погрешность около
0.1 %.

 AS> - можно ли считать правильным следующий подход к повышению разрядности -
 AS> снимаем показания АЦП 10000 раз, суммируем, делим на 10000, получаем

К сожалению, нельзя.
Остаются систематические погрешности (шкалы, нелинейности)
Таким способом можно снизить шумовую составляющую сигнала, т.е. выполнить
осреднение, но это не к АЦП относится, а к сигналу.

"Принципы важнее фактов"

     Hello, Andrey!


Wednesday 14 April 2004, 11:54, Andrey Sineok writes to All:

 AS> - для каких классов задач наиболее правильным является использование
 AS> таких АЦП с разрядностью 10 бит

     Если точность в процент устраивает - почему бы и не использовать :),
например, для не очень точного регулирования...

 AS> - можно ли считать правильным следующий подход к повышению
 AS> разрядности
 AS> - снимаем показания АЦП 10000 раз, суммируем, делим на 10000, получаем
 AS> математически точность 12, 14 или даже 16 бит за счёт увеличения
 AS> времени съёма данных.

     Погрешности нелинейности, температурной нестабильности этим способом не
устраняются, а они у малоразрядных АЦП обычно больше, чем у нормальных.


     Alexandr.

     http://www.parc-centre.spb.ru/leptukh.htm snipped-for-privacy@mail.ru

Hello, Andrey Sineok !

 > Вопросы теоретического плана.
 > Многие производители МК не подымаются в своих изделиях выше 10 бит
 > разрядности встроенного АЦП, что впрочем и понятно, надо серьезно

А многие и выше 8 не поднимаются.

 > - для каких классов задач наиболее правильным является использование таких
 > АЦП с разрядностью 10 бит, ведь такая разрядность АЦП

Для задач управления например. Редко нужно больше, часто хватает 8 разрядов.

 > подразумевает, что АЦП как бы есть, но скорее оно есть чтобы было,
 > а не чтобы что-то полезное делало, зачем нужны 8 каналов 10 битного АЦП?

Странный вопрос, мне вот обычно и 10 не нужно, я его как 8 использую.

 > - можно ли считать правильным следующий подход к повышению разрядности -
 > снимаем показания АЦП 10000 раз, суммируем, делим на 10000, получаем
 > математически точность 12, 14 или даже 16 бит за счет увеличения времени
 > съема данных. Практически это у меня работало, и хотя я от такого

Можно, но лучше low pass filter цифровой делать. И к этим "разрядам" нужно
осторожно относиться.


С уважением, Дима Орлов.

Hello Andrey.

14 Apr 04 12:54, Andrey Sineok wrote to all:

 AS> - можно ли считать правильным следующий подход к повышению разрядности -
 AS> снимаем показания АЦП 10000 раз, суммируем, делим на 10000, получаем
 AS> математически точность 12, 14 или даже 16 бит за счёт увеличения времени
 AS> съёма данных. Практически это у меня работало, и хотя я от такого варианта
 AS> отказался, уже просто интересно, можно ли так делать, есть подозрение,
 AS> что-то тут прячется неправильное.

   Как это не парадоксально, для того, чтобы усреднение работало, необходимо
   чтобы были шумы в сигнале  Гауссовы. Тогда статистика будет работать.


Alexey

Привет, Alexey!
Вы писали для Andrey Sineok , Thu, 15 Apr 2004 08:41:03 +0400:

 AS>> - можно ли считать правильным следующий подход к повышению
 AS>> разрядности - снимаем показания АЦП 10000 раз, суммируем, делим на
 AS>> 10000, получаем математически точность 12, 14 или даже 16 бит за
 AS>> счёт увеличения времени съёма данных. Практически это у меня
 AG>    Как это не парадоксально, для того, чтобы усреднение работало,
 AG> необходимо
 AG>    чтобы были шумы в сигнале  Гауссовы. Тогда статистика будет
 AG> работать.

 Шумы не помогут. Нужно дабавлять пилообразный сигнал с амплитудой >1МЗР
и периодом >>период измерения АЦП.


WBR, Leha Bishletov.  E-mail: snipped-for-privacy@rol.ru

 LB>  Шумы не помогут. Hужно дабавлять пилообразный сигнал с амплитудой >1МЗР
 LB> и периодом >>период измерения АЦП.

Это точно голословно.
Особенно если учесть "дабавлять" и период = времени наблюдения.
LOL.

"Принципы важнее фактов"

Привет, TSerg!
Вы писали для Leha Bishletov , Thu, 15 Apr 2004 15:02:45 +0000 (UTC):

 LB>>  Шумы не помогут. Hужно дабавлять пилообразный сигнал с амплитудой
 LB>> >1МЗР и периодом >>период измерения АЦП.
 T> Это точно голословно.
 T> Особенно если учесть "дабавлять"

 Молодец, что заметил. Надеюсь моя опечатка не помешала понять что же я
хотел сказать?

 T>  и период = времени наблюдения.

 А эту фразу я совсем не понял. Это ты про что?

 T>  LOL.

 Welcome.

WBR, Leha Bishletov.  E-mail: snipped-for-privacy@rol.ru

 LB>  Молодец, что заметил. Hадеюсь моя опечатка не помешала понять что же я
 LB> хотел сказать?

Не помешала  - я уже сформулировал "голословно"
И это не я молодец, это ты - плох.
Неумение точно выражаться на родном, по крайнем мере, языке, влечет за собой
неумение точно формулировать технические задачи и решения.
ИМХО, впрочем.

 T>>  и период = времени наблюдения.
 LB>  А эту фразу я совсем не понял. Это ты про что?
Если период пилы = периоду "наблюдения", то о каком статистическом
распределении для повышения точности можно говорить ?
Соображений по поводу выбора этого периода не было замечено.

"Принципы важнее фактов"

Привет, TSerg!
Вы писали для Leha Bishletov , Thu, 15 Apr 2004 18:48:15 +0000 (UTC):

 LB>>  Молодец, что заметил. Hадеюсь моя опечатка не помешала понять что
 LB>> же я хотел сказать?
 T> Не помешала  - я уже сформулировал "голословно"
 T> И это не я молодец, это ты - плох.
 T> Неумение точно выражаться на родном, по крайнем мере, языке, влечет
                                              ^^^^^
 T> за собой неумение точно формулировать технические задачи и решения.
 T> ИМХО, впрочем.

 Давай закончим поиск друг у друга опечаток.

 T>>>  и период = времени наблюдения.
 LB>>  А эту фразу я совсем не понял. Это ты про что?
 T> Если период пилы = периоду "наблюдения", то о каком статистическом
 T> распределении для повышения точности можно говорить ?
 T> Соображений по поводу выбора этого периода не было замечено.

 О статистическом распределении я и не говорил. Все четко определено и
шумы только мешают. Поясню откуда взялся период пилы. Возьмем постоянное
напряжение U, идеальное АЦП прибавим к напряжению пилу от 0 до +1,
считаем, что показания АЦП = 0 при U<1 (округляет в меньшую сторону),
тогда усреднение десяти измерений позволит определить U с точностью до
0.1. Честно говоря, я затрудняюсь привести здесь точное доказательство
из-за сложностей с написанием формул, но, если считаешь, что это нужно,
то я постараюсь.

 Теперь объясню почему мне не понравилась идея с добавлением шума. Как я
понял шум предполагался с распределением EXP(-U^2). При этом после
усреднения измерений постоянного напряжения идеальным АЦП, добавка к
точному значению будет пропорциональна {интеграл(EXP(-U^2)) от -x до
беск} - {интеграл(EXP(-U^2)) от x до беск}, где х - величина отклонения
постоянного напряжения от точного значения. Что-то мне подсказывает, что
зависимость добавки от x будет нелинейная. Т.е. восстановить х можно, но
сложно. Кроме того, где взять идеальный шум?

WBR, Leha Bishletov.  E-mail: snipped-for-privacy@rol.ru

 LB>  О статистическом распределении я и не говорил. Все четко определено и
 LB> шумы только мешают. Поясню откуда взялся период пилы. Возьмем постоянное
 LB> напряжение U, идеальное АЦП прибавим к напряжению пилу от 0 до +1,
 LB> считаем, что показания АЦП = 0 при U<1 (округляет в меньшую сторону),
 LB> тогда усреднение десяти измерений позволит определить U с точностью до
 LB> 0.1. Честно говоря, я затрудняюсь привести здесь точное доказательство
 LB> из-за сложностей с написанием формул, но, если считаешь, что это нужно,
 LB> то я постараюсь.

Не вполне понятно, что за значения 0..+1, но я вроде понял, о чем была речь.
Я уже говорил, что увеличение разрядности АЦП таким образом выполняется по
методу Монте-Карло, т.е. статистическим осреднением.
Но остаются вопросы реализации - представить идеальный источник пилы с
размахом
в 1 МЗР мне сложно, а представить источник шума в 1 МЗР могу вполне.
Хотя, на самом деле, в такой постановке это одна и та же задача - сканирование
диапазона в 1 МЗР и статистический подсчет доли значений до переключения МЗР и
после.
Чтобы было нагляднее и без всяких формул представим следующее.
На земле нарисован круг и поделен хордой на неравные части.
Это аналог МЗР и сигнала попадающего не в половину МЗР, значение которого и
надо определить.
С высоты сыпем мелкие камешки, долго.
Затем подсчитываем общее число, попавшее в круг и число попавших в разные
части
круга. Соотношение между ними и даст статистическое значение площадей
поделенного круга, а в нашем случае - уточненное значение сигнала в пределах
1МЗР.
С такой постановкой я согласен, но технически шум легче добавлять.

Кстати, я не поленился и сделал моделирование в симуляторе работы АЦП с
добавкой шума. Результат подтвердил уже давно известное - да, таким образом
можно повысить точность определения сигнала за счет снижения погрешности
квантования, но без учета остальных особенностей АЦП.
Из практики известно, что компаратор АЦП имеет много дополнительных
особеннсотей: гистерезис, несимметричность и тп.
Все это снижает возможности повышения точности.

"Принципы важнее фактов"

Привет, TSerg!
Вы писали для Leha Bishletov , Fri, 16 Apr 2004 11:56:47 +0000 (UTC):

 LB>>  О статистическом распределении я и не говорил. Все четко
 LB>> определено и шумы только мешают. Поясню откуда взялся период пилы.
 LB>> Возьмем постоянное напряжение U, идеальное АЦП прибавим к
 LB>> напряжению пилу от 0 до +1, считаем, что показания АЦП = 0 при U<1
 LB>> (округляет в меньшую сторону), тогда усреднение десяти измерений
[skip ...]
 T> Не вполне понятно, что за значения 0..+1, но я вроде понял, о чем
 T> была речь. Я уже говорил, что увеличение разрядности АЦП таким
 T> образом выполняется по методу Монте-Карло, т.е. статистическим
 T> осреднением. Но остаются вопросы реализации - представить идеальный
 T> источник пилы с размахом
 T> в 1 МЗР мне сложно, а представить источник шума в 1 МЗР могу вполне.

 А мне наоборот. Источник пилы с малой амплитудой - R-C цепочка на
которую подается меандр. Постоянная времени RC много больше периода
меандра. А где взять источник шума?

 T> Хотя, на самом деле, в такой постановке это одна и та же задача -
 T> сканирование диапазона в 1 МЗР и статистический подсчет доли
 T> значений до переключения МЗР и после.

 Конечно, эти методы очень похожи, только с пилой предсказуемость выше.
Можно считать, что пила - это и есть хороший шумовой сигнал.

 T> Чтобы было нагляднее и без всяких формул представим следующее.
 T> На земле нарисован круг и поделен хордой на неравные части.
 T> Это аналог МЗР и сигнала попадающего не в половину МЗР, значение
 T> которого и надо определить.
 T> С высоты сыпем мелкие камешки, долго.
 T> Затем подсчитываем общее число, попавшее в круг и число попавших в
 T> разные части
 T> круга. Соотношение между ними и даст статистическое значение
 T> площадей поделенного круга, а в нашем случае - уточненное значение
 T> сигнала в пределах 1МЗР.

 Для успеха такого метода требуется равновероятность попадания камешка
во все части круга, а этого добиться сложно.

 T> С такой постановкой я согласен, но технически шум легче добавлять.

 И все же, откуда взять шум?

 T> Кстати, я не поленился и сделал моделирование в симуляторе работы
 T> АЦП с добавкой шума. Результат подтвердил уже давно известное - да,
 T> таким образом можно повысить точность определения сигнала за счет
 T> снижения погрешности квантования, но без учета остальных
 T> особенностей АЦП. Из практики известно, что компаратор АЦП имеет
 T> много дополнительных особеннсотей: гистерезис, несимметричность и
 T> тп. Все это снижает возможности повышения точности.

 Тут речь идет не о точности, а о повышении разрядности. На практике это
может пригодиться для определения небольшой разности между двумя
сигналами.

WBR, Leha Bishletov.  E-mail: snipped-for-privacy@rol.ru

LB>  А мне наоборот. Источник пилы с малой амплитудой - R-C цепочка на
 LB> которую подается меандр. Постоянная времени RC много больше периода
 LB> меандра. А где взять источник шума?

Дело в том, что детерминированные сигналы в природе практически отсутствуют
и их нужно специально генерить.
Шум же присутствует во всем, как ни странно, покажется.
Инженеры только и борются с ним:)
Например, тепловой шум.


 LB>  Конечно, эти методы очень похожи, только с пилой предсказуемость выше.
 LB> Можно считать, что пила - это и есть хороший шумовой сигнал.

Пила - это точно не шум.
Опять же нет ответа о периоде пилы. Из каких соображений выбираем ?
Если я правильно тебя понял, то пила должна нарастать от о до МЗР за все время
N измерений. Нерациональность такой схемы очевидна.

Шум снимает данный вопрос.


 LB>  Для успеха такого метода требуется равновероятность попадания камешка
 LB> во все части круга, а этого добиться сложно.

Не обязательно, важно количество попаданий, точнее их соотношение.

 LB>  И все же, откуда взять шум?
Уже сказал - любая часть схемы шумит.


 LB>  Тут речь идет не о точности, а о повышении разрядности. Hа практике это
 LB> может пригодиться для определения небольшой разности между двумя
 LB> сигналами.

Мнимое увеличение разрядности это и есть увеличение точности определения
значения сигнала. Т.е мы снижаем неопределенность - увеличиваем информацию о
сигнале.

"Принципы важнее фактов"

сообщил/сообщила в новостях следующее:

разрядности -

времени

варианта

подозрение,

необходимо


А если наоборот, при зашкаливании отнимать от сигнала напряжение, равное
макисмальному измеряемому * N. Тогда точность преобразования, имхо, будет
зависеть от точности отнимателя

Привет!

"Andrey Sineok"


Можно, но с одним сильным дополнением - на вход АЦП к сигналу должен
подмешиваться "белый" шум (с гауссовским распределением) со
среднеквадартичной величиной равной 1/2 младшего разряда АЦП, тогда будет
работать статистика. Меньше нельзя, больше - не стоит, иначе на мгновенных
отсчетах без усреднения шум сильно большим будет. Некоторые производители
АЦП указанный шум специально подмешивают, но это не обязательное правило,
так что надо проверять - по документации (даташиту) и реальными испытаниями.

С уважением,

Виталий Насенник

Здравствуйте.

Усреднение 10 разрядного АЦП не может дать точность больше 10 разрядов. Если
бы усреднением можно было увеличить разрядность, никто бы не ставил АЦП, все
бы обходились компаратором на 2 положения - больше нуля и меньше нуля
(который суть 2-х разрядный АЦП). А потом, усредняя его показания, получали
какую угодно разрядность. :-)

Спасибо
Basil

Thu Apr 15 2004 10:43, Basil Bourtakov wrote to Andrey Sineok:

 >> - можно ли считать правильным следующий подход к повышению разрядности -
 >> снимаем показания АЦП 10000 раз, суммируем, делим на 10000, получаем
 >> математически точность 12, 14 или даже 16 бит за счёт увеличения времени
 >> съёма данных.

 BB> Усреднение 10 разрядного АЦП не может дать точность больше 10 разрядов.
 BB> Если бы усреднением можно было увеличить разрядность, никто бы не ставил
 BB> АЦП, все бы обходились компаратором на 2 положения - больше нуля и меньше
 BB> нуля
 BB> (который суть 2-х разрядный АЦП). А потом, усредняя его показания,
 BB> получали какую угодно разрядность. :-)

 Правильно, но неверно :)
 Как раз с компаратором, добавляя к сигналу dither и потом усредняя,
 можно получить какую угодно разрядность и точность, равную стабильности
 нуля компаратора. В случае же с АЦП точность упирается в нелинейность АЦП.

 VLV


 

"Злые собаки нужны, чтобы отгонять добрых людей"

АЦП.


Здравствуйте.

Я, конечно, понимаю, что наступил на профессионала. :-)) Насчет точности,
равной точности нуля компаратора я еще могу понять. А вот насчет какой
угодно разрядности верится с трудом. Может ссылочку на научно-популярный
обзор? Желательно на великом и могучем. Не для проверки, а просто так, чтобы
не отставать от прогресса.

Спасибо
Basil

 BB> Если бы усреднением можно было увеличить разрядность, никто бы не ставил
 BB> АЦП, все бы обходились компаратором на 2 положения - больше нуля и меньше
 BB> нуля

Поддерживаю, в данном случае, Vladimir Vassilevsky.
Компаратор на два положения + шум - это аналог метода Монте-Карло (определение
характеристик методом множественных реализаций).
В случае полноразмерных АЦП, как правило, все упирается в нелинейность и
дрейф. Добавление слабого шума действительно может несколько снизить
погрешность дискретизации, но превуалирующими будут иные погрешности.        


"Принципы важнее фактов"

   Andrey, ты ещё здесь сидишь?


Среда Апрель 14 2004 12:54, Andrey Sineok wrote to All:

[поскипано]

 AS> - для каких классов задач наиболее правильным является использование
 AS> таких АЦП с разрядностью 10 бит, ведь такая разрядность АЦП
 AS> подразумевает, что АЦП как бы есть, но скорее оно есть чтобы было,

 Используется, когда хватает точности в 0,2 - 1 %. Датчики, регуляторы,
масса применений...


 AS> - можно ли считать правильным следующий подход к повышению разрядности
 AS> - снимаем показания АЦП 10000 раз, суммируем, делим на 10000, получаем
 AS> математически точность 12, 14 или даже 16 бит за счёт увеличения
 AS> времени съёма данных.

 Зависит от того, насколько данные могут измениться за время серии измерений.
Если не меняются - сам понимаешь, останутся "родные разряды".
Если меняются сильно и быстро - уберёшь ВЧ составляющие измеряемого сигнала.
Если на HЧ сигнал наложен шумоподобный сигнал в один-два разряда - можно
попытаться получить "добавочные" разряды, но точными измерениями это
не назовёшь (шум должен быть "правильным" и нелинейность АЦП так не
устраняется)...


                                                   Георгий