85.1 Pengenalan
ADC mengubah sinyal dunia nyata (biasanya voltase) menjadi bilangan digital sehingga komputer atau prosesor digital dapat (1) memperoleh sinyal secara otomatis, (2) menyimpan dan mengambil informasi tentang sinyal, (3) memproses dan menganalisis informasi, dan (4) menampilkan hasil pengukuran.

85.2 Sampling

Pengambilan sampel dilakukan dengan sebuah rangkaian yang disebut sampel-dan-tahan (S / H), yang pada contoh instan, mentransfer sinyal input ke output dan menahannya tetap, meskipun sinyal input mungkin masih berubah. S / H biasanya terdiri dari penyangga sinyal yang diikuti oleh saklar elektronik yang dihubungkan ke kapasitor. Pada saat pengambilan contoh, sakelar secara singkat menghubungkan penyangga ke kapasitor, yang memungkinkan kapasitor untuk mengisi voltase masukan. Ketika saklar diputus, kapasitor mempertahankan muatannya dan dengan demikian membuat voltase masukan sampel tetap stabil sementara ADC yang mengikuti melakukan tugasnya.

Perangkap utama undersampling (sampling terlalu lambat) adalah aliasing, yang terjadi setiap kali sinyal input memiliki energi pada frekuensi yang lebih besar dari satu setengah tingkat sampel. Pada Gambar 1(a), sebuah sinyal (gelombang sinus cepat) diambil sampelnya pada tingkat tertentu

GAMBAR 85.1 Demonstrasi aliasing. Sampel ADC pada tingkat F tidak dapat membedakan antara gelombang sinus 0,8 Fs dan gelombang sinus 0,2 Fs. (a) Ilustrasi domain waktu. (b) Ilustrasi frekuensi-domain. Secara teoritis, sampler alias jumlah tak terbatas dari pita frekuensi 0,5 Fs-wide ke baseband (0 sampai 0.5Fs). Praktis, bandwidth analog yang terbatas akhirnya membatasi seberapa jauh aliasing frekuensi bisa datang dari.
 Fs, ditunjukkan dengan tanda hash di bagian bawah grafik. Gelombang sinus memiliki frekuensi 0,8 Fs, yang lebih tinggi dari satu setengah tingkat sampel (0,5 Fs). Perhatikan bahwa sampling gelombang sinus yang lebih ringan dari 0,2 Fs menghasilkan sekumpulan sampel yang sama. Data sampel yang dihasilkan bersifat ambigu karena tidak dapat kami ketahui dari data berapa frekuensi gelombang sinus yang masuk sebenarnya. Sebenarnya, meskipun kumpulan data tampaknya mewakili gelombang sinus 0,2 Fs, sinyal sebenarnya bisa berupa gelombang sinus yang memiliki frekuensi (n) Fs ± 0,2 Fs, di mana n adalah bilangan bulat apa pun, dimulai dengan 0. Jadi, sinyal asli bisa 0,2 Fs, 0,8 Fs, 1.2 Fs, 1.8 Fs, 2.2 Fs, dll (atau bahkan lebih dari satu). Kami mengatakan bahwa 0,2 Fs adalah alias dari sinyal yang sebenarnya mungkin berada pada frekuensi lain sama sekali. Selama interpretasi data sampel, biasanya memperlakukan sinyal seakan terjadi di baseband (0 sampai 0,5 Fs), terlepas dari apakah itu masalahnya atau tidak. Secara umum, dalam sistem sampling di Fs, sinyal pada frekuensi F akan alias ke baseband di

85.3 Quantization

Pengambilan sampel apa yang dilakukan dalam domain waktu, kuantisasi dilakukan di domain amplitudo. Proses digitalisasi tidak lengkap sampai sinyal sampel, yang masih dalam bentuk analog, dikurangi menjadi informasi digital. ADC mengkuantifikasi sinyal sampel dengan memilih satu nilai bilangan bulat dari daftar nilai integer yang telah ditentukan sebelumnya untuk mewakili setiap sampel analog. Setiap nilai integer dalam daftar mewakili sebagian kecil dari total rentang masukan analog. Biasanya, ADC memilih nilai yang paling dekat dengan
contoh aktual dari daftar nilai spasi seragam. Aturan ini memberi fungsi transfer output inputto digital analog sebagai ciri khas "tangga".

85.4 ADC Specification

Range and Resolution

Rentang masukan ADC adalah rentang tegangan di mana konversi valid. Titik akhir di bagian bawah dan bagian atas kisaran disebut - skala penuh dan + skala penuh. Bila skala-penuh adalah 0 V, rentangnya disebut unipolar, dan bila skala-penuh adalah tegangan negatif dengan skala yang sama dengan + skala penuh, rentangnya dikatakan bipolar. Bila tegangan masukan melebihi kisaran input, data konversi pasti salah, dan sebagian besar ADC melaporkan kode pada titik akhir kisaran yang paling dekat dengan voltase masukan. Kondisi ini disebut overrange

Coding Conventions

Ada beberapa format berbeda untuk data output ADC. ADC menggunakan pengkodean biner menghasilkan semua 0s (mis., 000 untuk konverter tiga bit) pada skala penuh dan semua 1s (misalnya, 111) pada + skala penuh. Jika rentangnya bipolar, maka skala yang sangat besar adalah voltase negatif, pengkodean biner terkadang disebut offset biner, karena kode 0 tidak mengacu pada 0 V. Untuk membuat digital 0 sesuai dengan 0 V, ADC bipolar menggunakan pelengkap dua coding, yang identik dengan offset biner coding kecuali bahwa bit yang paling signifikan (MSB) terbalik, sehingga 100 ... 00 sesuai dengan skala -full, 000 ... 00 sesuai dengan 0 V (midscale), dan 011 ... 11 sesuai dengan + skala penuh Semua tokoh dalam bab ini yang menggambarkan fungsi transfer ADC tiga bit menggunakan pengkodean komplemen dua.

Linear Errors

Kesalahan linier adalah kesalahan terbesar dan paling umum dalam ADC dan mudah dikoreksi dengan kalibrasi sederhana atau dengan penambahan dan perkalian dengan konstanta koreksi. Kesalahan linier tidak mendistorsi fungsi transfer; mereka hanya mengubah sedikit rentang input dimana ADC beroperasi.

Nonlinear Errors

Kesalahan nonlinear jauh lebih sulit dikompensasi dalam domain digital atau analog, dan paling mudah diminimalkan dengan memilih ADC yang dirancang dengan baik dan ditentukan dengan baik. Nonlinearities dicirikan dalam dua cara: diferensial nonlinearity dan integral nonlinier.

 GAMBAR 85.4 Kuantum tiga-bit yang ideal, hanya dengan kesalahan offset 0,6 LSB.

Aperture Errors

Kesalahan aperture ada hubungannya dengan waktu konversi analog-ke-digital, terutama S / H. Keterlambatan aperture mencirikan jumlah waktu yang disuplai dari saat ADC (S / H) menerima pulsa konversi saat sampel dipegang sebagai akibat denyut nadi. Meskipun aperture delay (kadang-kadang disebut aperture time) biasanya ditentukan sebagai beberapa nanodetik untuk ADC atau S / H dengan sendirinya, penundaan ini biasanya lebih dari yang diabaikan oleh kelompok tunda pada amplifier yang mendahului S / H, sehingga pulsa konversi tiba di S / H beberapa waktu sebelum sinyal analog tidak. Misalnya, penguat bandwidth 1 MHz khas memiliki 160 ns keterlambatan; Jika ADC atau S / H terhubung ke memiliki penundaan aperture 10 ns, penundaan aperture efektif untuk sistem akan menjadi -150 ns.
GAMBAR 85.6 Pengukur tiga bit dengan kesalahan DNL yang substansial. Grafik bawah mengilustrasikan kesalahan INL yang dihasilkan.

Noise

Kebisingan, apakah melekat pada ADC atau diperkenalkan dengan sengaja (lihat geng di atas), membatasi resolusi ADC dengan menambahkan bentuk gelombang yang mengganggu ke sinyal input saat data dikonversi.

GAMBAR 85.7 Kuantum tiga bit dengan kesalahan INL yang substansial. Di sini, kesalahan DNL masih signifikan; Tapi, misalnya, konverter 12 bit dengan 0,7 LSB INL dari kelancaran "busur" kelancaran seperti yang ada di atas bisa saja mengabaikan DNL karena akan memiliki lebih banyak langkah untuk mengakumulasi kesalahan.

GAMBAR 85.8 Sebuah quantizer tiga bit ideal dengan 0.1 LSB rms Gaussian random noise (gentar) ditambahkan pada input. Akurasi relatif telah meningkat menjadi ± 0,3 LSB rms dari ± 0,5 LSB yang diharapkan dari quantizer tak bersuara. Dengan penerapan noise Gaussian 0,5 LSB rms, fungsi transfer menjadi hampir lurus sempurna. Jumlah geng yang lebih besar pada dasarnya menghasilkan peningkatan linieritas.

Dynamic Range

Rentang dinamik (DR) ADC adalah rasio sinyal terbesar ke terkecil yang dapat ditunjukkan oleh konverter. Sinyal terbesar biasanya diambil untuk menjadi gelombang sinus berskala penuh, dan sinyal terkecil biasanya dianggap sebagai tingkat kebisingan latar belakang ADC. Hal itu bisa dinyatakan hanya sebagai rasio, tapi lebih umum untuk mengungkapkannya dalam desibel (dB):

Flash

Konverter Flash adalah ADC tercepat, mencapai kecepatan mendekati 1 GS / s dan resolusi 10 bit dan di bawahnya. Konverter flash dengan n bit resolusi memiliki 2n - 1 komparator kecepatan tinggi yang beroperasi secara paralel

GAMBAR 4 Konverter flash memiliki komparator 2n - 1 yang beroperasi secara paralel. Ini bergantung pada keseragaman resistor untuk linearitas.

Successive-Approximation Register

ADC yang berurutan (SAR) ADC adalah ADC yang paling umum, memiliki resolusi 8 sampai 16 bit dan kecepatan 1 MS / s dan di bawahnya. Mereka umumnya rendah biaya, dan mereka biasanya memiliki linieritas integral yang sangat baik. The n-bit SAR ADC berisi DAC berkecepatan tinggi dan komparator dalam sebuah loop umpan balik

GAMBAR 5 Konverter aproksif berurutan hanya memiliki satu komparator dan bergantung pada DAC presisi internal untuk linieritas.

Multistage

Untuk mencapai tingkat sampel yang lebih tinggi daripada ADC SAR pada resolusi 10 sampai 16 bit, ADC multistage (kadang disebut subranging atau multipass ADCs) menggunakan pendekatan iteratif ADC ADC namun mengurangi jumlah iterasi dalam konversi.
GAMBAR 85.10 Konverter flash memiliki komparator 2n-1 yang beroperasi secara paralel. Ini bergantung pada keseragaman resistor untuk linearitas.

Integrating

Mengintegrasikan konverter digunakan untuk aplikasi resolusi tinggi berkecepatan rendah seperti voltmeter. Mereka secara konseptual sederhana, terdiri dari amplifier penguat, komparator, penghitung digital, dan kapasitor yang sangat stabil untuk mengumpulkan muatan.

GAMBAR 85.11 Konverter penguat dual-slope menggunakan komparator untuk menentukan kapan kapasitor telah benar-benar habis dan bergantung pada kapasitor untuk linearitas.

Sigma–Delta ADCs

ADC sigma-delta (SD) dengan cepat menjadi salah satu jenis ADC yang paling populer. ADC DS biasanya memiliki resolusi 16 sampai 24 bit dan tingkat sampel 100 kS / s sampai 10 S / s. Karena resolusi tinggi mereka pada 48 kS / s, mereka adalah jenis konverter yang paling umum dalam peralatan audio digital modern. ADC DS menentang intuisi dengan mengkuantifikasi awalnya dengan resolusi sangat rendah (seringkali satu bit) pada tingkat yang sangat tinggi, biasanya 64' sampai 128' tingkat sampel akhirnya (disebut oversampling).

GAMBAR 85.17 Sebuah ADC modulasi SD menggunakan komparator hanya sebagai quantizer satu bit. Linearitas dari ADC SD secara teoritis sempurna karena DAC satu bit hanya dapat mengasumsikan dua nilai, dan dengan demikian linier menurut definisi. Modern SD ADCs dibuat dengan sirkuit kapasitor-switched yang beroperasi di KFs, di mana Fs adalah sample data output rate dan K adalah rasio oversampling.

GAMBAR 85.18 Perilaku modulator SD urutan pertama diskrit (switched-capacitor), di mana filter low-pass hanyalah integrator. Pada setiap grafik, sumbu x mewakili waktu, dan sumbu y mewakili tingkat sinyal. (a) Bentuk gelombang masukan. (b) Masukan ke komparator. (c) Output komparator digital satu bit. Siklus tugas dari bentuk gelombang ini sesuai dengan bentuk gelombang masukan. Filter digital dan decimator memulihkan bentuk gelombang asli dari bit yang satu ini.

Voltage-to-Frequency Converters

Voltage-to-frequency converters (VFC) adalah sirkuit berbiaya rendah dan serbaguna yang mengubah tegangan analog menjadi bentuk gelombang periodik yang frekuensinya sebanding dengan voltase masukan analog. VFC secara konseptual mirip dengan konverter pengintegrasi (lihat di atas) kecuali bahwa penghitung digital hilang dan diganti dengan generator denyut nadi pendek yang dengan cepat melepaskan kapasitor.

85.6 Instrumentation and Components
Kartu akuisisi data plug-in menjadi semakin populer seiring harga komputer pribadi turun dan kinerja prosesor meningkat. Kartu ini biasanya berisi satu atau lebih ADC (dengan S / H), amplifier instrumentasi dengan gain dan differential input, dan multiplexer untuk beralih ke input yang berbeda. Beberapa memiliki DAC on-board, dan beberapa memiliki data digital dan fungsi waktu juga. Setelah dipertimbangkan kinerja rendah dan sulit digunakan, kartu akuisisi data telah meningkat secara dramatis, setara dan dalam beberapa kasus melebihi kemampuan instrumen yang berdiri sendiri. Sebagian besar datang dengan driver yang terhubung ke paket perangkat lunak yang mudah digunakan untuk membuat instrumentasi komputer yang mudah digunakan namun mudah dibuat

85.2Computer-Based Instrumentation Systems

The Single-Board Computer

Bentuk komputer yang paling sederhana berbasis di sekitar komputer papan tunggal (SBC) yang berisi mikroprosesor, memori, dan antarmuka untuk berkomunikasi dengan sistem elektronik lainnya.

GAMBAR 86.1 Unsur-unsur sistem instrumentasi berbasis komputer.

GAMBAR 86.2 Gambaran umum tentang komputer papan tunggal.
GAMBAR 86.3 Model bus komputer yang disederhanakan.

Computer Bus Architectures

Semua kecuali sistem komputer yang paling sederhana berisi beberapa kartu papan sirkuit yang dihubungkan ke papan sirkuit cetak. Kartu tersebut akan mencakup setidaknya satu SBC dan sejumlah kartu "add-on" yang menyediakan fungsi seperti antarmuka ke periferal (mis., LAN, display grafis, unit disk) atau memori tambahan.

Industrial Computers

Banyak sistem instrumentasi yang menggunakan PC standar atau workstation yang dilengkapi dengan kartu add-on atau terhubung ke instrumen cerdas melalui protokol standar seperti IEEE-488 atau RS-232. Di banyak lingkungan industri, ada kebutuhan untuk memberikan perlindungan terhadap bahaya seperti debu, kerusakan akibat benturan atau getaran, dan akses yang tidak sah.

Software

Semua kecuali sistem komputer yang paling sederhana memerlukan sistem operasi untuk mendukung pengoperasian perangkat lunak aplikasi. Sistem operasi akan mengalokasikan area memori untuk digunakan oleh program aplikasi dan menyediakan mekanisme untuk mengakses sumber daya sistem seperti printer atau display. Beberapa sistem operasi, seperti MS DOS, adalah sistem single-tasking, yang berarti bahwa mereka hanya akan mendukung pengoperasian satu program atau tugas pada satu waktu.

System Development

Komponen perangkat lunak dari setiap sistem instrumentasi komputerisasi dapat membentuk persentase yang signifikan dari total biaya. Hal ini terutama berlaku untuk sistem on-off yang memerlukan perangkat lunak untuk dikembangkan untuk aplikasi tertentu, di mana biaya pelaksanaan perangkat lunak dan pemeliharaannya dapat jauh melebihi biaya perangkat keras.

86.3 Computer Buses

The VMEbus (IEEE P1014)

GAMBAR 86.4 VMEbus arbitrase rantai daisy.

Multibus II (IEEE 1296)

Multibus II [3] adalah sistem bus sinkron yang diimplementasikan pada backplane 96 track.

Other System Buses for Small-Scale Systems

Standar G64 / G96 dan STE [3] adalah contoh bus yang sesuai dengan sistem instrumentasi dan kontrol real-time industri kecil karena antarmuka bus mereka yang relatif sederhana dan sederhana, dibandingkan dengan VME dan Multibus.

86.4 Personal Computer Buses

ISA Bus

PC IBM asli dan klonnya menggunakan bus PC standar yang mendukung 8 bus data dan 20 jalur bus alamat dan menggunakan konektor ujung kartu sirkuit tercetak 62-pin.

EISA Bus

Bus EISA menyediakan data 32 bit penuh dan jalur bus alamat 32-bit. Kartu ISA bisa masuk ke konektor bus EISA; Namun, kartu yang dirancang untuk standar EISA memiliki konektor tepi bilevel, yang menyediakan dua kali lipat jumlah kontak sebagai kartu ISA.

PCMCIA

Arsitektur PCMCIA dikembangkan oleh Personal Computer Memory Card International Association dan Japan Electronics Industry Development Association untuk kartu add-on yang dapat dilepas untuk laptop dan komputer notebook.

PC/104

Popularitas arsitektur PC yang sangat banyak menghasilkan penggunaannya dalam sistem embedded. Sebuah kebutuhan kemudian muncul untuk implementasi yang lebih kompak dari bus ISA yang dapat mengakomodasi persyaratan ruang dan daya yang dikurangi dari aplikasi embedded.

86.5 Peripherals

Periferal komputer mudah masuk ke dalam dua kategori. Kategori pertama dapat dianggap internal untuk sistem komputer dan terdiri dari kartu yang terpasang langsung ke slot bus komputer. Kategori kedua terdiri dari instrumen di luar komputer namun dikendalikan olehnya.

Internal Cards

Kartu internal tersedia untuk melakukan berbagai fungsi.

External Peripherals

Ini biasanya perangkat "cerdas" yang dapat beroperasi melalui kontrol panel depan mereka tanpa komputer lain namun juga dapat dikontrol oleh komputer. Banyak instrumen laboratorium umum tersedia dengan fasilitas seperti itu, termasuk pasokan listrik, generator sinyal, osiloskop penyimpanan, voltmeter, spektrofotometer, dan pengendali posisi.
Serial Communications Adapter

GAMBAR 86.6 Menggunakan dua timer untuk menghasilkan modulasi lebar pulsa di bawah kontrol perangkat lunak. Kedua timer menerima pulsa masukan pada frekuensi konstan dari jam eksternal, seperti ditunjukkan pada A. Timer T1 beroperasi dalam mode kontinyu. Pemicu tidak berpengaruh dalam mode ini. Output dari T1 adalah pulsa positif tunggal saat menghitung jumlah pulsa masukan yang ditentukan (oleh perangkat lunak), seperti yang ditunjukkan pada B. Timer T2 beroperasi dalam mode satu-shot. Setiap kali menerima pulsa pemicu, hasilnya menjadi tinggi untuk jumlah hitungan (perangkat lunak) tertentu yang ditentukan (seperti perangkat lunak), seperti yang ditunjukkan pada C. Dengan cara ini, frekuensi keluaran pada C dikendalikan oleh hitungan yang ditentukan untuk T1 dan lebarnya. dari bagian positif dari C dikendalikan oleh hitungan yang ditentukan untuk T2.

86.6 Software for Instrumentation Systems
GAMBAR 86.7 Model lapisan untuk sistem instrumentasi.

Virtual Instruments

Lapisan aplikasi menangani akuisisi data, analisis, dan presentasi. Driver instrumen menyediakan mekanisme untuk berkomunikasi dengan instrumen dengan cara standar tanpa mengharuskan pengguna untuk mengetahui tentang string data yang sering samar yang perlu dikirim. Sebagai contoh, semua multimeter digital memerlukan fasilitas untuk memilih rentang tegangan masukan tertentu.

Working Directly with Peripherals

Kadang-kadang mungkin kasus bahwa biaya dukungan perangkat lunak untuk lingkungan pengembangan instrumen virtual tidak dibenarkan untuk aplikasi kecil. Perangkat lunak kemudian harus ditulis untuk berinteraksi langsung dengan periferal.

The Choice of Operating System

Dukungan pengembangan perangkat lunak yang dibahas sejauh ini biasanya tersedia di bawah DOS, Windows 3.1, Windows 95, Windows NT, dan UNIX. Ketika sebuah sistem multitasking, ia harus memenuhi batasan waktu nyata; Namun, tidak satu pun dari sistem operasi ini yang sangat tepat.

87.1 Pengenalan
Telemetri adalah ilmu pengumpulan informasi di beberapa lokasi terpencil dan mentransmisikan data ke lokasi yang nyaman untuk diperiksa dan dicatat. Telemetri dapat dilakukan dengan metode yang berbeda: optik, mekanik, hidrolik, listrik, dll

GAMBAR 87.1 Diagram blok untuk sistem telemetri. Telemetri menggunakan kabel dapat dilakukan di kedua band dasar atau dengan mengirimkan sinyal termodulasi, sementara telemetri nirkabel menggunakan pembawa RF dan antena.

GAMBAR 87.2 Karakteristik dasar sinyal (a) FDM dan (b) TDM. Pada kanal FDM berbeda dialokasikan pada frekuensi subcarrier yang berbeda (fc1, fc2, ...) sedangkan pada TDM hanya satu kanal yang ditransmisikan pada waktu tertentu. Saluran yang tersisa ditransmisikan secara berurutan.

GAMBAR 87.3 Konfigurasi yang berbeda untuk telemetri base-band. Pada telemetri band berbasis tegangan (a) informasi ditransmisikan sebagai variasi sinyal voltase. Telemetri band berbasis arus (b) didasarkan pada pengiriman sinyal arus, bukan sinyal voltase untuk menetralkan degradasi sinyal karena pembagi tegangan yang dibuat oleh impedansi masukan penerima (Zin) dan impedansi garis (ZL). Pada telemetri basis-band berbasis frekuensi (c), informasi ditransmisikan sebagai variasi frekuensi yang membuat sistem ini kebal terhadap gangguan dan gangguan yang mempengaruhi amplitudo sinyal yang ditransmisikan.

87.2 Base-Band Telemetry

Base-Band Telemetry Based on Amplitude

GAMBAR 87.4 Pada saluran telemetri multipel, saluran transmisi umum digunakan untuk mentransmisikan sinyal terukur dari saluran yang berbeda menggunakan skema berbagi yang berbeda.
Base-Band Telemetry Based on Frequency

Transmisi berbasis frekuensi diketahui memiliki kekebalan terhadap noise yang lebih tinggi daripada transmisi berbasis amplitudo.

87.3 Multiple-Channel Telemetry

Saluran telemetri multipel dicapai dengan berbagi sumber daya yang sama.

Divisi Frekuensi Multiplexing

GAMBAR 87.5 Saluran yang berbeda dalam sistem FDM (a) dialokasikan pada frekuensi subcarrier yang berbeda yang menghasilkan sinyal komposit yang ditunjukkan pada (b) yang kemudian dimodulasi oleh frekuensi RF sesuai dengan saluran transmisi yang digunakan. Band penjaga membatasi kedekatan saluran bersebelahan untuk menghindari intermodulasi dan cross talk.

Skema Modulasi Subcarrier untuk Multiplexing Divisi Frekuensi
Dalam skema modulasi subcarrier AM, amplitudo sinyal subcarrier tertentu berubah sesuai dengan nilai saluran terukur yang ditugaskan pada frekuensi tersebut. Sinyal AM yang dihasilkan diberikan oleh
dimana Ac adalah amplitudo pembawa, m (t) sinyal modulasi, dan frekuensi pembawa. Keuntungan dari jenis modulasi ini adalah kesederhanaan rangkaian yang melakukan modulasi dan rangkaian yang dibutuhkan untuk demodulasi, untuk memulihkan sinyal modulasi yang membawa informasi yang diinginkan. Persentase modulasi menunjukkan sejauh mana pembawa telah dimodulasi amplitudo. Dengan asumsi kesederhanaan bahwa sinyal modulasi sinusoidal dari frekuensi wm, seperti
persentase modulasi (P) dapat ditemukan sebagai
Dengan cara yang lebih umum, persentase modulasi (P) dinyatakan sebagai

GAMBAR 87.6 Spektrum hasil setelah modulasi amplitudo sinyal yang ditunjukkan pada (a). Spektrum yang dihasilkan telah melipatduakan bandwidth yang dibutuhkan, sementara hanya 0,25 dari total daya yang digunakan untuk mentransmisikan informasi yang diinginkan.
Modulasi Subcarrier Frekuensi.

FM (atau PM) adalah skema modulasi subcarrier yang paling banyak digunakan pada sistem telemetri FDM. Modulasi sudut ini secara inheren tidak linier, berbeda dengan AM. Modulasi sudut dapat dinyatakan sebagai
Dimana f (t) adalah sinyal modulasi, yaitu sinyal dari transduser setelah pengkondisian.
Maka dimungkinkan untuk menghitung nilai frekuensi sesaat sebagai
Persamaan ini menunjukkan bagaimana sinyal v (t) dimodulasi dalam frekuensi. Kita bisa menganalisa dua parameter yang bisa diturunkan dari persamaan sebelumnya: deviasi frekuensi dan indeks modulasi. Penyimpangan frekuensi (fm) adalah kepergian maksimum frekuensi sesaat dari frekuensi pembawa. Indeks modulasi (b) adalah deviasi fasa maksimum. Persamaan berikut menunjukkan bagaimana parameter ini yang terkait. Nilai frekuensi seketika (f) adalah [9]
Penyimpangan frekuensi maksimum adalah Df dan diberikan oleh

Oleh karena itu, kita bisa menuliskan persamaan untuk sinyal termodulasi frekuensi
Frequency Division Multiplexing Telemetry Standards
TDM adalah teknik transmisi yang membagi waktu menjadi slot yang berbeda, dan memberikan satu slot ke masing-masing saluran pengukuran.

GAMBAR 87.7 Sistem TDM (a) didasarkan pada pengambilan sampel berurutan M kanal yang berbeda pada frekuensi sampling fs, dan mengirimkan informasi untuk setiap saluran secara berurutan (b). Di TDM, sinkronisme antara pemancar dan penerima sangat penting untuk pemulihan sinyal sampel. Pada gambar ini, sinyal TDM hanya terdiri dari dua saluran untuk meningkatkan keterbacaan. Blok berlabel LPF mewakili filter low-pass.

GAMBAR 87.8 Skema modulasi analog yang berbeda yang digunakan pada TDM. Variasi amplitudo sinyal x (t) ditransmisikan sebagai variasi amplitudo pulsa (PAM), perubahan durasi pulsa (PDM), atau perubahan posisi relatif pulsa (PPM). Dalam semua kasus, tingkat 0 ditransmisikan oleh pulsa yang amplitudonya (A0), durasi (t0), atau posisi relatif (t0) berbeda dari 0.

dimana B adalah bandwidth saluran -3 dB. Pembicaraan silang (k) antar saluran dapat diperkirakan sebagai
dimana Tg adalah perpisahan waktu minimum antara saluran, yang disebut guard time.
Analog Subcarrier Modulation Schemes for Time Division Multiplexing
Dalam modulasi analog untuk subcarrier, sinyal yang dihasilkan setelah proses multiplexing dan sampling memodulasi kereta pulsa.
GAMBAR 87.10 Kode PCM berbeda. Semua tingkat bawah dalam NRZ menggunakan nilai yang berbeda dari nol. Dalam kode biphase, informasi berada pada transisi daripada di tingkat. Dalam NRZ-L, 1 diwakili oleh tingkat tertinggi, sedangkan 0 diwakili oleh tingkat yang lebih rendah. Dalam NRZ-M, 1 diwakili oleh perubahan level, sementara 0 diwakili oleh tidak ada perubahan level. Dalam NRZ-S, angka 1 diwakili oleh tidak ada perubahan level, sedangkan 0 diwakili oleh perubahan level. Di Bif-L, 1 diwakili oleh transisi ke tingkat yang lebih rendah, sementara 0 diwakili oleh transisi ke tingkat yang lebih tinggi. Dalam Bif-M, 1 diwakili oleh tidak ada perubahan level pada awal periode bit, sedangkan 0 diwakili oleh perubahan level pada awal periode bit. Pada Bif-S, 1 diwakili dengan mengubah level pada awal periode bit, sedangkan 0 diwakili oleh tidak ada perubahan level pada awal periode bit.

GAMBAR 87.11 Struktur Bingkai PCM. Panjang maksimum frame minor adalah 8192 bit atau 512 untuk kelas I dan 16,284 bit untuk kelas II. Bingkai utama berisi kata-kata N 'Z, di mana Z adalah jumlah kata dalam subframe maksimum, dan N adalah jumlah kata dalam bingkai kecil. Terlepas dari panjangnya, sinkronisme frame kecil dianggap sebagai satu kata. W adalah posisi kata dalam bingkai kecil, sedangkan S adalah kata posisi di subframe.

Jaringan komunikasi menyediakan sistem dimana beberapa pengguna dapat berbagi jalur komunikasi tunggal (atau medium) untuk bertukar informasi. Sistem telepon adalah contoh sistem yang mengandung banyak jaringan komunikasi, yang dapat dianggap sebagai jaringan komunikasi tunggal sebagai contoh abstrak.

Definisi fungsi sensor adalah memetakan atau mengubah satu variabel terukur (mis., Spasial, mekanik, elektromagnetik, dll.) Ke variabel lain - biasanya dengan listrik - atau sinyal. Sinyal ini kemudian dapat dilewatkan ke sistem pengukuran atau pemrosesan untuk pengambilan dan analisis, atau sebagai masukan langsung ke beberapa proses terkontrol.

Communication and Networking Concepts

Agar dapat memilih teknologi jaringan yang tepat, perlu dipahami beberapa terminologi dasar sehingga fitur dan kemampuan berbagai jaringan dan teknologi dapat dikategorikan dan dibandingkan.

Network Technologies

Ada berbagai teknologi dalam berbagai tahap pengembangan dan standardisasi, yang menangani hampir semua level atau lapisan model referensi jaringan ISO / OSI. Satu atau lebih teknologi yang tersedia mungkin sesuai dengan hampir semua kebutuhan jaringan. Analisis teknologi yang tersedia dan keterbatasannya juga akan bermanfaat jika dianggap bahwa metode jaringan harus dirancang untuk memenuhi aplikasi tertentu.

GAMBAR 88.3
Contoh bentuk gelombang RS-485 menunjukkan tegangan pada pasangan kawat diferensial (V1, V2) dan interval bit dilapiskan yang menunjukkan 0 dan 1 bit. Referensi tanah sewenang-wenang dalam kisaran pensinyalan yang ditentukan.

GAMBAR 88.4 Perbandingan parameter yang dipilih (nilai maksimum) untuk berbagai teknologi jaringan.

Applying Network Communications

Shielding

Perisai memberikan penghalang konduktif listrik untuk melemahkan elektromagnetik
gelombang eksternal ke perisai, dan menyediakan jalur konduksi dimana arus induksi dapat diedarkan dan dikembalikan ke sumbernya, biasanya melalui sambungan referensi tanah. Perisai dalam sistem komunikasi seringkali hanya didasarkan pada satu titik saja.

Media

Media listrik didasarkan pada konduktor (mis., Kawat tembaga), sedangkan media optik didasarkan pada waveguides optik, atau serat optik. Media elektromagnetik terdiri dari ruang kosong, atau bahan gelombang-permeabel gelombang elektromagnetik umum, dan disebut sebagai sistem nirkabel.

Bit Rate

Pilihan tingkat bit mungkin tergantung pada jenis media yang dipasang

Topologies

Topologi mengacu pada pengaturan fisik dan interkoneksi stasiun oleh media.

Configuration

Konfigurasi adalah proses menghubungkan stasiun bersama dan menetapkan parameter programmable tertentu ke setiap stasiun yang diperlukan untuk pengoperasian jaringan yang benar

Grounding and Shielding

EMC (kompatibilitas elektromagnetik) sangat penting untuk keberhasilan operasi sistem industri. Karena meningkatnya kandungan elektronik sebagian besar kontrol industri, gangguan elektromagnetik (EMI) telah meningkat secara dramatis dalam beberapa tahun terakhir.

Ada tiga tipe masalah dalam EMC:

ground adalah  tempat kembalinya arus. Ada beberapa tipe ground :

GAMBAR 89.2 Situasi perumusan industri yang khas, yang juga menggambarkan loop tanah.

Banyak insinyur menganggap hanya melindungi masalah mekanis, tapi tidak ada yang bisa jauh dari kebenaran. Perisai EMI membutuhkan pemahaman listrik dan mekanis mengenai masalah utama untuk menjamin kesuksesan.

Ada tiga tipe field:

GAMBAR 89.3 Kurva efektif perisai khas untuk tembaga. Perhatikan dua mekanisme (refleksi dan penyerapan) dan tiga jenis bidang (gelombang listrik, magnetik, dan pesawat). Perisai untuk aluminium hampir sama dengan tembaga.

Why Shielding Fails

Sementara pemilihan material penting, faktor lain juga harus diperhatikan. Untuk ancaman frekuensi rendah / lowimpedance (catu daya atau medan magnet listrik), baja atau bahan permeabilitas tinggi lainnya diperlukan.

GAMBAR 89.4  Dua mode kegagalan perisai, karena slot / jahitan dan karena penetrasi konduktor. Dalam kedua kasus tersebut, dimensi kritisnya adalah 1/20 panjang gelombang untuk frekuensi perhatian tertinggi.

Measurement Environment
Kesulitan utama pengukuran medan elektromagnetik adalah pengulangan hasil. Bidang elektromagnetik dipengaruhi oleh bahan apapun di sekitarnya, bahkan oleh konduktor dan dielektrik yang buruk. Oleh karena itu, lingkungan pengukuran harus ditentukan dengan cermat, dan lingkungan serupa harus digunakan untuk semua pengukuran yang sebanding.
GAMBAR 89.5 Situs uji lapangan terbuka. Kabel daya dan antena dijalankan di bawah bidang ground sehingga tidak mempengaruhi medan terukur. Area yang digariskan oleh elips harus bebas dari segala hal kecuali perangkat yang diuji, meja tempat ia berada, dan antena pengukur. Untuk memudahkan pengukuran radiasi ke segala arah dari perangkat, itu ditempatkan pada meja putar. Dengan memutarnya selama pengujian, dan secara bersamaan memvariasikan ketinggian antena penerima, arah radiasi maksimum ditemukan.

Download HTML