Как разбить динамический диапазон шумомера для 10-bit АЦП?

Alex0407 · 26.11.2015, 21:53

Уважаемые форумчане, прошу помощи в аппаратной реализации шумомера.
Нам необходимо измерять СКЗ звука и Спектр в диапазоне от 130 до 30 dB со средней погрешностью 2-4%. Микрофон электретный. Канал оцифровки – АЦП 10-bit микроконтроллера dsPIC30F.
Т.к. динамический диапазон АЦП составляет 6,02 на разряд, то при разрядности АЦП q = 10 динамический диапазон равен 60.2 дБ.
Приходится разбивать всю шкалу на два поддиапазона: 1) 130 до 69,8 dB и 2) 90,2 до 30 dB
Пересчет напряжений в dB: dB =20* log (Uизм/U0), где Uизм – измеренное напряжение; U0 – базисное напряжение, константа, U0=1.
Переводя dB в разы: m = 10(dB / 20) получаем широкий диапазон:
3.162•10^6 (130 dB) / 3090 (69,8 dB)
3.2360•10^4 (90,2 dB) / 31,62 (30 dB)
Канал измерения звука (через напряжение) перед АЦП включает: усилитель на ОУ, нормализатор на ОУ (приведение сигнала к однополярному с уровнем 0…5В со средней точкой 2,5В), ФНЧ на ОУ.
Вопрос:
Подскажите аппаратную реализацию измерения напряжений в двух указанных диапазонах (может использовать разные каналы АЦП или сделать коммутацию на один)? Предполагается, что контроллер выберет программно нужный диапазон по порогу в 75dB. Как вариант - изменять коэффициент усиления на OУ, путем коммутации доп. резистора?
Приоритет - простоте решение против точности измерений.

индюк · 26.11.2015, 22:00

резистором конечно
а чо внутри проца аттенюатора нету чтоль?

Alex0407 · 26.11.2015, 22:08

Аттенюатора нет, простенький АЦП с мах входом +5В. Получается очень широкий диапазон после усилителя. Какой ОУ можно использовать для такого усиления с микрофона? Если резистором то как, можно коммутировать коммутатором (напр. 4053)?

anatol378 · 26.11.2015, 22:58

"Разбить" не получится никак. Да и нужно ли при заданной точности 2%. 10 бит обеспечивают на порядок большую точность. Но если требуется измерить малые значения - необходимо уменьшить опорное АЦП или ставить усилитель.
Делители, как советовали, не помогут.

bvn123 · 26.11.2015, 23:32

Можно на один вход АЦП микроконтроллера подключить сигнал напрямую, на другой - усиленный, если результат для канала без дополнительного усиления менее чем N, выполнять преобразование для канала с усилением.
Или выполнять преобразования для обоих каналов, для какого выводить результат - анализировать уже по результатам.
Ограничение в канале с усилением должен обеспечивать операционный усилитель так, чтобы не перегружать вход АЦП.
Понадобится позаботиться и об отделении постоянной составляющей и о сдвиге для канала с усилением.

индюк · 26.11.2015, 23:41

Сообщение от anatol378

Делители, как советовали, не помогут.

это почему это?

Alex9797 · 26.11.2015, 23:57

Сообщение от anatol378

10 бит обеспечивают на порядок большую точность

Не надо забывать, что на вход АЦП подаются не децибелы, а сырой сигнал с микрофона. И 100 децибел - это огромный диапазон входного напряжения, десять в десятой степени. Поэтому и к усилителю, и к АЦП должны предъявляться довольно высокие требования.

Сообщение от Alex0407

Микрофон электретный.

Простой электретный микрофон для такого диапазона сигнала не годится. Он даже 2% не обеспечит, на краях диапазона будет врать на все 100. Нужен специальный, измерительный микрофон. Конечно, цена его тоже "специальная".

bvn123 · 27.11.2015, 00:06

и сам 10-разрядный АЦП будет шуметь - дергаться на пару разрядов

mag58 · 27.11.2015, 01:02

может попробовать сжать динамический диапазон входного сигнала компрессором (на ОУ или транзисторах,не суть важно), с регулируемой степенью ,компрессии,до необходимого уровня максимума входного сигнала
а потом подавать на вход АЦП..

Alex9797 · 27.11.2015, 01:57

Ну, тогда уже перед АЦП можно поставить аналоговый логарифматор. Хотя я бы такого не предложил.
Хотя логарифматор все же лучше, чем компрессор. Ведь после компрессора можно забыть о точности измерения в децибелах.