Kvantálás (jelfeldolgozás)

A jelfeldolgozás a digitális számítógépek elterjedésével nagyságrendekkel felgyorsult, és lehetővé vált a valós idejű és online kiértékelés, vezérlés és irányítás. A folyamatokat jellemző jelek általában nem alkalmasak digitális számítógépen történő feldolgozásra. A folyamatok többségét jellemző analóg folytonos jelek digitális jellé történő átalakítása kvantálással történik.

A kvantálás során az analóg jeleket olyan diszkrét jelekké alakítják át, mely a digitális számítógépek számára ’érthetők’. A feldolgozandó jel nem mindig érhető el villamos jel formájában. Ilyen esetekben a jelet át kell alakítani villamos jellé (például, hőmérséklet, nyomás, stb.) Ezt a műveletet a megfelelő célra alkalmas jelátalakítók végzik el. A villamos jel, mely hordozza egy folyamat valamely paraméterét, még nem alkalmas arra, hogy digitális számítógép feldolgozza. A digitális számítógép csak kódolt (többnyire bináris) számsorokat képes befogadni tárolásra és további feldolgozásra. Ezért a folyamatot jellemző villamos jelet át kell alakítani bináris számsorokká. A megfelelően átalakított binárisan kódolt számok a folyamatot elegendő pontossággal jellemzik.

A kvantálás kvantumok képzése. A kvantum szó eredete a latin quantum szó, mely mennyiséget jelent. A folytonos jelet diszkrét jelekké(mennyiséggé) kell átalakítani. A jelfeldolgozásra alkalmas kvantumok a korábban említett binárisan kódolt számcsoportok. A kvantálást általában az analóg jelből történő mintavétel előzi meg. A Shannon-féle mintavételi szabály betartásával olyan minták képezhetők, melyek az eredeti jelet elfogadható kis eltéréssel diszkrét mintákká alakítják át. A mintavételt és a kvantálást általában analóg-digitális átalakítók (ADC) végzik el. Az analóg-digitális átalakítók számos fajtáját fejlesztették ki, néhány ismertebb típus:

• Flash ADC
• Szukcessziv approximációs ADC (Fokozatos közelítésű analóg-digitális átalakító)
• Fűrészfog-típusú ADC
• Integráló ADC
• Visszacsatolt ADC
• Wilkinson ADC
• Szigma-Delta ( ) ADC

Az analóg-digitális átalakítók kimenetén rendelkezésre áll a binárisan kódolt számcsoport, mely a megfelelő pontossággal jellemzi a mért analóg jelet. A binárisan kódolt számcsoport már alkalmas bementi jel a digitális számítógépek számára.

Természetesen a digitális jellé történő átalakítás során hibák léphetnek fel. Ilyenek a kvantálási zaj, granulációs zaj, linearitási hiba, monotonitási hiba, offsethiba, túlvezérlési hiba. Ezeket a lehetséges hibaforrásokat megfelelő áramkörökkel olyan mértékben lehet korrigálni, ami megfelel az adott mérés/átalakítás pontossági követelményeinek.

Irodalom

• Christopher - Ulrich: Analóg és digitális áramkörök. (hely nélkül): Műszaki könyvkiadó. 2000. ISBN 9631600106  

További információk

• http://www.rs-met.com/documents/tutorials/DigitalSignals.pdf
• http://zsirkasoft.uw.hu/gd/14E/14E_szobeli/mintavetelezes.htm
• https://web.archive.org/web/20140416082431/http://www.mora.u-szeged.hu/~etel/digitalizalas/04_mintavetelezes.html

Kapcsolódó szócikkek

• Shanon-féle mintavételi szabály
• analóg-digitális átalakító