7.2 Загальна структура системи цифрової обробки аналогових сигналів

 

Системи ЦОС безпосередньо оперують із послідовностями цифрових кодів, які називають цифровими сигналами. Такі сигнали обробляються процесором ЦОС, що представляє операційне або обчислювальне ядро системи. Алгоритмічна обробка аналогових сигналів цифровими засобами припускає їхнє попереднє перетворення в цифрову форму, а в системах з аналоговим виходом – із цифрової форми в аналогову. Загальній структурній схемі системи цифрової обробки аналогових сигналів (рис.  1.1) відповідає ланцюжок функціональних перетворень сигналу виду: ("аналог/аналог", "аналог/цифра", "цифра/цифра", "цифра/аналог", "аналог/аналог"), реалізованих відповідно аналоговим фільтром нижніх частот ФНЧ1, аналого-цифровим перетворювачем АЦП, процесором ЦОС, цифро-аналоговим перетворювачем ЦАП і аналоговим фільтром нижніх частот ФНЧ2.

Рисунок 1.1 – Загальна структура системи ЦОС

 

Вхідний сигнал системи ЦОС надходить на АЦП через аналоговий фільтр нижніх частот ФНЧ1 із частотою зрізу . Фільтр обмежує смугу частот вхідного сигналу (включаючи і супутні йому шуми та перешкоди) максимальною частотою , що задовольняє умові , де – частота дискретизації сигналу. Він послабляє спотворення накладання при дискретизації сигналів з необмеженим по частоті спектром і називається протимасковочним.

Аналого-цифрове перетворення (analog-to-digital conversion) включає дискретизацію сигналу за часом, квантування за рівнем і цифрове кодування (рис. 1.2)

Рисунок 1.2 – Послідовність операцій аналого-цифрового перетворення сигналу

 

У результаті утворюється дискретний сигнал , що відповідає вибіркам аналогового сигналу x(t) у дискретні рівновіддалені моменти часу, дискретний квантованный сигнал, що відрізняється кінцевою множиною прийнятих ним значень і цифровий сигнал у вигляді послідовності цифрових двійкових кодів із числом розрядів, що відповідають розрядності АЦП. Процесором ЦОС відповідно до заданого алгоритму цифрової обробки (оператором Ф) вхідний цифровий сигнал перетвориться у вихідний цифровий сигнал системи.

Аналоговий вихідний сигнал системи виходить (або відновлюється) із цифрового сигналу за допомогою ЦАП, що перетворює його у квантованный за рівнем аналоговий сигнал ступінчастої форми і аналогового ФНЧ2, яким обмежується частотний спектр і придушуються високочастотні компоненти вихідного сигналу. Цей фільтр із частотою зрізу називають також згладжуючим.

Дискретизація за часом, або просто дискретизація (digitization) являє собою процедуру узяття миттєвих значень – відліків аналогового сигналу x(t) з інтервалом часу, рівним періоду дискретизації .

Квантування за рівнем (квантування – quantization) здійснюється з метою представлення точних значень відліків у вигляді двійкових чисел кінцевої розрядності – квантованих відліків . Для цього динамічний діапазон дискретного сигналу розбивається на кінцеве число дискретних рівнів – рівнів квантування – і кожному відліку за певним правилом привласнюється значення одного з найближчих рівнів, між якими він виявляється. Рівні квантування кодуються двійковими числами розрядності b, що залежить від числа рівнів квантування R

Сукупність квантованных відліків , називають цифровим сигналом (digital signal).

Сукупність елементів ФНЧ1, АЦП, ЦАП і ФНЧ2 системи цифрової обробки аналогових сигналів, що виконують перетворення сигналів виду А/А, А/Ц і Ц/А, утворюють підсистему її аналогового введення-виведенняабо аналого-цифровий інтерфейс.