Термин: Обработка сигнала аналоговая
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.- Суммирование, вычитание сигналов, смещение постоянной составляющей сигнала.
- Масштабирование – усиление и деление сигналов. К этим методам относятся методы усиления/деления напряжения.
- Аналоговая буферизация – уменьшение внутреннего сопротивления источника сигнала. Это преобразование можно тоже отнести к масштабированию, поскольку аналоговый буфер-повторитель – это усилитель тока.
- Интегрирование и дифференцирование сигналов. – передача сигнала через неэлектропроводную границу сред.
- Фильтрация сигналов.
- Линейные корректоры АЧХ и ФЧХ, звенья задержки сигнала. : напряжение – ток, ток – напряжение, заряд – напряжение.
- Захват частоты, фазы на основе системы ФАПЧ– фазовой автоподстройки частоты (PLL – Phase-locked loop).
- Выработка сигнала управления ПИД - регулятора (пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора – PID controller).
- Автоматическая регулировка усиления (АРУ).
- Ограничение тока и напряжения сигнала.
- Компарирование сигнала (преобразование к бинарному виду), в том числе, двухпороговое компарирование с гистерезисом.
- Сжатие и расширение динамического диапазона сигнала.
- Адаптивное шумоподавление.
- Логарифмирование и возведение в степень.
- Возведение в квадрат и квадратный корень.
- Генерация модуля входного сигнала.
- Восстановление постоянной составляющей сигнала.
- Селекция сигнала по длительности импульса, по частоте импульсов.
- Формирование импульсов. .
- Пиковый детектор.
- Триггерные схемы с сильной положительной обратной связью. .
- Модуляция сигналов (амплитудная, частотная, фазовая и их многочисленные вариации ).
- Демодуляция (детектирование) сигналов (амплитудная, частотная, фазовая и их многочисленные варианты), включая синхронное детектирование. .
- Генераторы импульсные, синусоидальные, функциональные.
- Генераторы шума.
- Генераторы кварцевые.
- 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. - учебные материалы на сайте компании Analog Devices
- Аналоговый дифференциатор дробного порядка: [Электронный ресурс] // www.lcard.ru. — М. — URL.: www.lcard.ru/portfolio/fo_differentiator.
Использование термина
Термин используется при описании функциональной схемы тракта измерения, например, в системах сбора данных производства ООО "Л Кард"