FAQ: Какая частота преобразования АЦП нужна для решения моей задачи?

Нередко при обращении в техподдержку “Л Кард” пользователь не знает, как оценить необходимую ему частоту преобразования АЦП. Завышенные требования по частоте преобразования необоснованно сужают круг поиска АЦП и не приводят к оптимальному выбору, в то время как в большинстве случаев возможно применить простые критерии оценки необходимой минимальной частоты преобразования. Рассмотрим далее эти простые критерии.

1. Если известна верхняя полоса частот полезного сигнала F_в, то минимальная  частота преобразования АЦП F_пр может быть выбрана F_пр=2*F_в, согласно теореме Котельникова. Известно, что полезная составляющая сигнала от любого реального физического процесса имеет ограниченную верхнюю частоту спектра F_в.
2. Если известна максимальная скорость нарастания напряжения сигнала dU/dt [В/c] и амплитудное значение напряжения сигнала U_m, то минимальная  частота преобразования АЦП F_пр может быть выбрана по критерию F_пр= (dU/dt) / (π*Um), где π=3,14. Известно, что скорость нарастания сигнала от любого реального физического процесса всегда ограничена.
3. Если известно требуемое разрешение по времени t (импульс минимальной длительности t, который должен быть различим), то минимальная  частота преобразования АЦП F_пр может быть выбрана по критерию F_пр = 1 / t.
4. Если измеряемый сигнал – периодичный с известной частотой F_c и, при этом, заранее известно, что для измерения сигнала будет использован алгоритм ЦОС во временной области, который требует N отсчётов на период сигнала для получения определённой точности измерения. Тогда минимально необходимая частота преобразования АЦП выбирается:  F_пр = N*F_c. (Например, если известно заранее, что для непосредственного вычисления среднеквадратического значения c относительной погрешностью 0,1% понадобится 50 точек на период сигнала. Подобную оценку может дать, например, математическая модель, в которой учитывается ожидаемое соотношение сигнал/шум и количество точек на период дискретизации.)

Примечания:

1. Везде в вышеприведённых формулах время выражено в секундах, частота – в герцах, а напряжение – в вольтах.
2. В оценках выше предполагается, что АЦП имеет верхнюю частоту полосы частот пропускания не менее, чем половина от частоты преобразования АЦП.

По вопросам качества аналогово-цифрового преобразования также читайте статьи:

• Фильтр антиалайзинговый
• Dithering
• Канал измерения
• Измерения синхронные с фазой напряжения сети
• Допустимо ли при выборе оборудования обобщать требования по разнородным каналам измерения?
• Как выбрать оборудование для измерения ...- общий подход.
• Повышенные помехи, шум АЦП - анализ причин
• Почему при неподключенном входе АЦП наблюдаются непредсказуемое смещение нуля и помехи?
• Почему при подключении АЦП следует учитывать тип источников сигналов?
• Сравнение системы сбора данных с универсальным осциллографом.