Digitalizálás

A digitalizálás során az analóg jelet egymás után következő számokká konvertáljuk, amivel utána pontos matematikai műveleteket tudunk végezni. Gyakran A/D (analóg-digitális) átalakításnak hívjuk.

A digitalizálás jellemzői

• mintavételi sebesség: sps, de gyakran egyszerűség kedvéért Hertz (Hz)-ben adják meg.
• felbontás: hány biten szolgál információval
• lineáris vagy logaritmikus? Az A/D átalakítók lineárisak. Régen leginkább a telefontechnikában alkalmaztak logaritmikus A/D átalakítást.
• maximális kivezérelhetőség: A/D átalakító ekkor éri el a legkisebb illetve legnagyobb általa adható számértéket.
• érzékenység: a maximális kivezérelhetőség és a felbontás segítségével kiszámítható. Azaz max_kivezérelhetőség / 2^felbontás, ahol a felbontás alatt azt értjük, hány biten ábrázolja a számot.
• lineáris bitek száma: fontos paraméter, amelyről sok gyártó szeret „megfeledkezni”. Tulajdonképp ez azt jelenti, hogy ha van egy A/D átalakítónk, amiről ugyan azt hirdeti a gyártó, hogy 24 bites, de csak 20 bit lineáris benne, akkor ez úgy fogható fel, hogy 24 bites bináris értéket szolgáltat, de az alsó 4 bit gyakorlatilag szemét. Azaz valójában csak 20 bitesként célszerű használni.

A digitalizált jel reprezentálja az analóg jelet?

Kettő feltétellel:

• ha a mintavevő-tartó áramkör legalább kétszer gyorsabb működésű, mint a legmagasabb frekvenciakomponens.
• ha az analóg szűrők által sávszűrt jel sávszélessége garantáltal kisebb az A/D átalakító mintavételi sebességének felénél.

A közhiedelemmel ellentétben a fenti két feltétel teljesítésekor nem kell a sávszélességnek 0 Hz-től indulnia, hanem bárhol kijelölhető a frekvenciatartományban. Azonban az aluláteresztő vagy sáváteresztő szűrőnek ténylegesen csak akkora sávszélességet szabad az A/D átalakítóba engednie, hogy az garantáltan kisebb legyen a mintavételi sebesség felénél.

Visszaalakítható-e hibamentesen analóg jellé?

Igen. A visszaállítás során lépcsőjel keletkezik. Minden minta egy statikus szintként jelenik meg a D/A átalakító kimenetén a következő minta megérkezéséig. Hogy ebből megkapjuk a jelet, szintén igaz a néhány sorral feljebb leírt két feltétel:

• szűrni kell, ahol a szűrő (általában aluláteresztő, ritkán sáváteresztő) a D/A átalakítási sebességének felénél már erőteljesen csillapítson.
• ha netán nem alapsávi (0 Hz-től induló) a kívánt analóg jel, akkor a megfelelően gyors minta kiadási idejű D/A átalakítás fontos.

Túlmintavételezés és fáziszaj kapcsolata

Szinuszos jel A/D átalakításánál azonos időközönként mintát veszül a jelből. Ez eddig nem okozna zajproblémát.

Azonban az a tény, hogy a jel véges felbontású A/D átalakítóval lett átalakítva és éppen a mintavétel előtt vagy után ugrana át egy értéket, ez belátható, hogy apró fáziszajként jelentkezik. Ez a fáziszaj csökkenthető, ha megpróbáljuk közelebbi időpontra megbecsülni az érték átlépésének idejét, azaz a jelet a rendelkezésünkre álló véges felbontású A/D átalakítónkkal túlmintavételezzük.

Hogy később ne legyen olyan sok mintánk, a kapott adathalmazt lehetőségünk van diszkrét idejű szűrők segítségével aluláteresztő szűrőn keresztülvezetni, amely során egy-két bitnyi felbontásjavulást érhetünk el. Majd a felesleges mintákat eldobhatjuk, így eredményül kaptunk egy az eredeti tervekben szereplő mintavételi számmal rendelkező, ám jobb felbontású adathalmazt.