アナログ信号のサンプリング - サンプリング周波数またはサンプリング レートは、注入システムまたはその他のシステムのセンサーによって送信された信号から取得されたアナログ サンプルの数であり、後で 1 つまたは複数のデジタル信号に変換されます。つまり、プロセッサによって解釈および操作されるためであり、サンプリング レートが高いほど、初期波の近似が向上します。 「デジタル」数値の形式に変換した後、これらは収集されたのと同じ順序で保存されるため、プロセッサが正しく読み取ることができます。これは、これらのサンプルがデジタル処理される速度を指します。
サンプルあたりのビット数
ビットのセットはいくつかのバリアントを形成します。つまり、8 ビットで 1 バイトを形成します。ここから、より大きなビット セットが形成され、サンプリング レートが変更されて、各情報が読みやすくなりました。
デジタル信号のサンプルごとに、その振幅をいくつかのレベルに分割する必要があります。この分割は、各サンプル値で使用されるビットの量によって異なります。ビットあたりのレベル数が多いほど、アナログ信号への忠実度が高くなりますが、これによりストレージ メモリが過負荷になります。
\\\ これらのサンプルはデジタル形式で数値的に表され、バイナリ コードと呼ばれるコードで構成され、数値は一連のビットで表されます。したがって、使用するビット数が多いほど、サンプリング プロセスの精度または解像度が高くなります。
BITS VERSUS DECIMAL VALUE
2 進数で表現された 10 進数は、次の規則に従わなければならないことに注意してください:
• 01 ビットは 02 論理またはデジタル レベルを想定できます;
• 02 ビットは 04 の論理レベルまたはデジタル レベルを想定できます;
• 03 ビットは 08 の論理レベルまたはデジタル レベルを想定できます;
• 04 ビットは 16 の論理レベルまたはデジタル レベルを想定できます;
• 08 ビットは 256 の論理またはデジタル レベルを想定できます。
\\\このようにして、センサーからECUに送信され、すでに適切なサンプルを備えたアナログ波を表現しましょう.\\\
\\\非整数値、つまりコンマの後の桁数は、以下で説明する量子化と呼ばれるプロセスを経ますが、要するに、データのデジタル化を容易にするために「丸め」られます。
最後に、10 進数の値を 2 進数に変換する必要があります。そのためには、表現を実行するために必要なビット数を決定する必要があります。最大垂直スケールが 255 V であることがわかっているため、値を表すには 8 ビットが必要であると結論付けることができます。
\\\電圧179.3Vに対して、量子化処理後は179Vと判定されます。\\\
\\\覚えておいてください: 累乗のある特定の数は、累乗で規定された回数を掛けた同じ数を意味します。例:
2^3=2 x 2 x 2=8
2^5=2×2×2×2×2=32
警告: 遭遇した場合を除いて:
20=1
この場合、証明することさえできる数学的決定を引用していますが、それは必須ではありません.
2 進数、10 進数、およびその他の基数の変換は、電卓で実行する必要があります。以下の例は、それがどのように起こるかを簡単に説明したものです.
Demo: ADコンバーターは、アナログ信号を受け取ると、それをデジタル信号、この場合は8ビットに変換します。でもどうやって?
178 è 1011 0010
右から1ビット目:
(20×0)+(21×1)+(22×0)+(23×0)
+
(24×1)+(25×1)+(26×0)+(27×1)
数学の試験:
2 + 16 + 32 + 128=178
\\\つまり、上記の例を通じて、方形波の意味と、特定のソフトウェアを使用して、または精神的にも解読する方法を証明しますが、これには何年もの練習が必要ですが、可能です.\\\
\\\上記の説明で、ECU のマイクロプロセッサとメモリによる理解を容易にするために、アナログ信号をデジタルに変換したり、16 進数などの他の種類の基数に変換したりできると結論付けています。\\
しかし、すべての正方形信号がデジタルであると主張することは誤りであり、世俗的な理論と矛盾します.
理想的な方形波は、ハイレベルとローレベルの間を瞬時に遷移します。
実際には、波形を生成するシステムの物理的な制限により、これは達成されません。
信号が下位レベルから上位レベルに移るまでの時間を立ち上がり時間、下位レベルに戻るまでの時間を立ち下がり時間と呼びます。
ライズタイムとフォールタイム
立ち上がり時間と立ち下がりのある方形波 - ハイレベルとローレベルの間に連続性があるため、10 ナノ秒を超える時間はデジタル信号ではありません。論理信号またはデジタル信号は電源システムでは使用されないことに注意してください。したがって、ナイキスト定理とシャノム定理に基づいて MAP センサーから送信される信号に加えて、バタフライ ボディに供給される PWM 信号、ラムダ プローブの加熱は、アナログ コンポーネントによって送信されるため、決してデジタルにはなりません。デジタル直線性を歪める傾向があります.
\\\パルス幅、またはパルス - 幅は、パルスの持続時間の尺度であり、多くの場合、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの 50% ポイント間の時間間隔として定義されます。
サンプリングレート
サンプルは一定間隔で測定されます。単位時間あたりにサンプリングが実行される回数がサンプリング レートであり、通常は周波数の単位であるヘルツで測定されます。サンプリングレートが高いほど、信号の再生がより正確になります。ただし、これらの値を保存するためにより多くのスペースを使用することに加えて、より多くの測定を実行することが不可欠です。
\\\ECU が理解できる信号を表現できるようにするには、システムがそのような情報でしか機能しないため、信号をバイナリ数値に変換する必要があります。これは、データの小さなサンプルを迅速かつ正確な時間間隔で操作することです。このアクションは、信号のサンプリングまたはデジタル化と呼ばれます。 2 つのサンプル間の時間間隔は、サンプリング レートと呼ばれます。
これは連続した時間のグラフ、つまり無限の点を持つグラフであることがわかります (前の版を参照)。なのでアナログ信号です。
A/Dコンバーター
\\\\\\A/D コンバーターは、時間的に連続したアナログ信号を、時間的に離散したサンプル信号に変換し、コンバーターの特性分解能によって決定される有限数の整数値に量子化します。ビット単位 (8、10、12、16 など)。たとえば、8 ビットのコンバーターでは、入力信号は 0 ～ 255 の値でサンプリングされます。
\\\AD回路にはアナログ信号入力があり、通常は変換する電圧範囲が指定されています。たとえば、回路が 0 ～ 5 ボルトの範囲の信号を変換する場合、使用するセンサー (またはアナログ情報源) がこの範囲で機能するように注意する必要があります。
オペアンプは、まさにそのためにゲインをプログラムすることができます。出力は 16 ピンで構成され、入力電圧に応じて論理レベル 0 または 1 が得られます。
\\\市販されているほとんどのタイプの A/D コンバーターでは、これらの出力は TTL テクノロジと互換性があります (5V でハイ レベル、0V でロー レベル)。 TTL テクノロジーが使用されなくなり、CMOS テクノロジーに取って代わられていることを念頭に置いてください。その理由の 1 つは、動作速度と低消費電力です。
\\\A/Dコンバーターで変換する信号は、コンバーターの入力電圧範囲に直接収まりにくいです。そのためには、量子化によって適切に変換する必要があります。これについては、次のトピックで説明します。一般に、A/D コンバータの入力電圧は、コンバータの電源電圧 (+5 または 3.3 V など) として定義されます。この適応を実行するには、多くの場合、パッシブまたはアクティブ アナログ回路を使用して、シグナル コンディショニングを実行する必要があります。
\\\ 信号調整後、A/D コンバーターの入力には、アナログ信号の定期的なサンプリングを実行し、コンバーター自体がデジタル コードに変換できるようになるまで信号を安定に保つ要素があります。これがサンプル&ホールド回路です。 S/H（サンプル&ホールド）の回路例です。
サンプル&ホールドの概念は、量子化器がサンプル電圧を測定する時間ができるまで、電圧を一定時間フリーズすることに要約されます。
でも量子化とは?
\\\ デジタル信号処理において、アナログ信号のサンプルを整数表現に変換することを量子化といい、この作業はA/Dコンバーターによって行われます。たとえば、4.96 V に対応する実際の信号は、量子化され、それに最も近い整数値、つまり 5 V を想定する必要があります。このようなプロセスは、将来の変換と解釈を容易にします。\\\
デジタルオシロスコープ
オシロスコープは分析機器であり、自動車部門でますます必要とされています。これは、時間領域で電気信号とその周波数と振幅の変化をグラフィカルに表示できるためです (時間空間に関連する可変波の分析は、横軸）、さらには周波数領域（横軸では周波数スケールで波形を扱います）でも。ノイズは、振幅と周波数がランダムな外乱を引き起こすエージェントによって生成される、正弦波およびアナログ形式の無秩序な成分の存在にすぎないことに注意してください。
デジタルオシロスコープの動作原理 - デジタルオシロスコープを構成する処理ブロックのいくつかは、アナログオシロスコープに存在するものとまったく同じです。ただし、デジタル オシロスコープには、処理されたデータのコンプライアンスを検証する追加のシステムがあります。これにより、グラフィック情報を画面に送信する前に、アナログ信号をデジタル信号に変換し、その後で初めて装置のディスプレイにプロットします。時間軸システムは、アナログ/デジタル変換器がサンプルを取得して変換する周波数、または信号測定ポイントを決定します。これをサンプリング周波数と呼びます。
\\\したがって、単一のサンプルが信号波形の構成点としてメモリに保存されます。サンプルはいくつかの 2 進数 (0100 1101) で構成され、この特性はビット数に依存するため、任意の長さを持つことができます。波形を表すサンプルのセットは、レコードと呼ばれます。一部のシステムは、レコードの長さにすぎないサンプル数を定義することによって、このレコードの開始と終了を決定します。このレコードがメモリに保存された後、オシロスコープ画面に送信されます。波形ポイントは、複数のサンプルで構成できます。波形に属するサンプルの数は互いに離れており、それらの距離はレコードの長さを特徴付け、さらに同期システムがこのレコードの開始と終了を決定します。最後に、この記録がメモリに保存された後、オシロスコープ画面に送信されます。スコープの能力によっては、サンプルの追加処理が行われ、画面上で得られる画像が改善される場合があります。
同期システムは、レコード長と呼ばれるサンプル数を定義して、このレコードの開始と終了を決定します。波形のポイント数によってレコード長が決まります。使用するオシロスコープの機能によっては、サンプルをより正確に処理して、得られたグラフをより適切に分析できる可能性があります。ご覧のとおり、各取得サイクルで信号に関する情報が保存されます。数回の取得サイクルの後、信号を完全に (再) 構築して設計することができます。したがって、信号は「少し慎重に」統合されます。
オシロスコープの選択に関連する特性 - オシロスコープの購入の決定に最も影響を与える特性を認識することが重要です。デジタル信号を扱う機器であるため、各特性の選択は、その用途、意図するアプリケーションのニーズ、および費用対効果の比率を考慮に入れる必要があります。これらの特徴は:
帯域幅 - 帯域幅仕様は、分析したい信号の最大周波数を示しています。帯域幅は、10 MHz から最大 1 GHz まで変化する場合があります。自動車分野を指していることを明確にしましょう。しかし、研究開発用に法外な 77 GHz に達する機器がすでに存在します。
信号周波数が高くなるにつれて、オシロスコープの応答性が低下します。慣例により、デジタル オシロスコープでは、各チャネルに使用可能な最大周波数帯域があります。チャネルごとに帯域幅の 20% を使用します。 03 チャネルを使用すると、チャネルの効率は約 7.5% に低下し、最終的に 04 チャネルを使用すると、チャネルあたりの帯域幅の 5% に効率が低下します。つまり、オシロスコープの 4 つのチャネルを 40 MHz で使用すると、チャネルあたりわずか 2 MHz の効率しか得られないということです。唯一の欠点は、はい、プロットする高調波の数が不十分であることです.\\\
Vertical Sensitivity - 垂直感度は、垂直コントロールの増幅力を特徴付けます。この量は通常、電圧/分割で表されます。典型的なオシロスコープが検出できる最低電圧は通常、mV/Div のオーダーですが、PCB のチェックを実行するように設計された新しい機器では、µV/Div や nV/Div など、1 目盛りあたりの量がより少なくなります。
Sweep Speed - アナログオシロスコープの場合、このパラメータはトレースが画面上で左から右に移動する速度を指定し、詳細を観察できるようにします。オシロスコープの最高掃引速度は通常、ηs/Div で表されます。この量の値は、測定を行う際の垂直システムの精度を示します。\\\
水平システム精度
この量の値は、時間領域で測定を行うときの水平システムの精度を示します。また、パーセント指数で表される相対不確実性としても表されます。
Sample Rate - デジタルオシロスコープでは、サンプリング周波数は、1 秒あたりに取得されるサンプル数を示します。オシロスコープの最大サンプリング周波数は、通常、1 秒あたりのメガ サンプル数 (MS/s)、つまり「メガ サンプル/秒」で表されます。オシロスコープの最大サンプリング周波数が高いほど、急速に変化する信号の詳細をより正確に表します。ただし、一部の専門家は、知識が不足しているために、帯域幅がサンプル レート自体よりも無限に大きいオシロスコープを入手しています。たとえば、帯域幅が 60 MHz に相当し、サンプル レートが 128 KS/s のオシロスコープは、高周波の正弦波を読み取るときに、サンプル間隔が原因で異常な補間を示し、修理の専門家に疑問を投げかけます。
NOTE: 補間とは、さまざまなデジタル サンプル間の線形リンクを意味します。
\\\Vertical または Analog/Digital Converter Resolution - このデジタル オシロスコープ パラメータは、A/D コンバータの分解能をビット単位で表し、(アナログ) 信号がデジタル値に変換される品質を定義します。この量の値は、電圧測定の精度に影響します。計算手法を使用して、実効分解能を向上させることができます。\\\
\\\\\\サンプリング方法 -\\\ リアルタイム サンプリング: サンプリング方法は、デジタル オシロスコープがサンプルを取得する方法を定義します。ゆっくりと変化する (低周波) 信号の場合、オシロスコープが高品質の画像を構築するのに十分なサンプルを取得するのに問題はありません。ただし、急速に変化する（高周波）信号の場合、および各オシロスコープの最大サンプリング周波数によっては、オシロスコープが十分な数のサンプルを取得できない場合があります。次に、次のサンプリング方法を区別できます。
\\\\\\リアルタイム サンプリング:\\\ オシロスコープは、単一の取得サイクルでいくつかのサンプルを取得し、補間を使用して画像をより適切に構築できます。補間とは、数点から波形を推定（多項式近似）する処理手法です。このサンプリング モードでは、オシロスコープはできるだけ多くのサンプルを収集します。ノイズや急激な電圧変動などの過渡信号には、このサンプリング モードが適しています。
補間の最も単純な形式は線形補間です。これは単純に点を直線で結びます。この方法は、パルスやデジタル信号でうまく機能しますが、正弦波信号の歪みにつながる可能性があります.\\\
\\\サイン補間は、曲線 (正弦波の一部) を介してサンプリング ポイントを相互接続し、曲線信号の視覚化に理想的です。この方法は、信号インパルスが発生したときに信号のアンダーダンピングとオーバーダンピングを生成します。
Overshoot: これは、電気信号または数学関数における正の高速過渡現象 (瞬間的な変化) であり、波形の定常状態に対する振幅の変化です。.
\\\\\\Undershoot:\\\ これは、電気信号または数学関数における負の高速過渡現象 (瞬間的な変化)、つまり、波形の定常状態に関連する振幅の変化です。.
結論
デジタルサインの解釈は、印刷物やデジタル化された資料にとどまりません。これはデータの分析であり、特定の値の測定ではないため、その全体的な有効性はオシロスコープを使用してのみ証明できます。復号化は、過去 2 回の版で説明したことだけではありません。今後の投稿では、信号のデジタル化の無数の他の側面についてコメントする予定です。適切な教育方法論と新しい知識に対する人々の欲求に直面しても複雑さがないことを証明することに加えて.
大きなハグ
