Analog Signal Processing and Digitalization

Login to access the course.
This is a grouped course. It consists of several seperate subjects that share learning materials, assignments, tests etc. Below you can see information about the individual subjects that make up this subject.
Analog Signal Processing and Digitalization A8M38ASP
Credits 5
Semesters Winter
Completion Assessment + Examination
Language of teaching Czech
Extent of teaching 2P+2L
Annotation
The course is dedicated to methods for preprocessing, digitalization and reconstruction of continuis signals. It is focused to the methods for achieving of high precision of transmission and suppression of spurious components. The laboratory exercises are divided into two parts: the first part is classical tasks; the second one is individual project of design of typically data acqusition system. The teaching is supported by the CAD system for measuring circuits.
Course outlines
1. Operational amplifiers for signal conditioning, negative feedback
2. Voltage, current, integration, charge, differential, instrumentation, insulation amplifiers
3. Signal processing for resistive, capacitance and inductance sensors, coherent detection
4. Signal processing for RTD, thermocouple and semiconductor temperature sensors
5. Methods of nonlinear signal processing, signal compression and expansion
6. Nonharmonic signal processing, rectifiers, RMS and peak to peak converters
7. Signal filtering, analog and switching filters design and application
8. Analog signals multiplexing and sampling, voltage references
9. High speed signal digitization, sampling, quantization, flash, half-flash and approximation A/D converters
10. High resolution signal digitization, integration and delta sigma A/D converters, dithering
11. Signal reconstruction, direct digital synthesis
12. Spectral analysis periodic and non-periodic signals, windowing
13. Testing of digitizers, sine wave fit test, spectral frequency test, histogram test
14. Hardware design techniques of A/D systems, grounding, shielding, noise reduction
Exercises outlines
1. Static, dynamic and noise amplifier parameters
2. Resistive bridge signal conditioning and processing, instrumental amplifiers
3. Capacitive sensor circuits, synchronous detection
4. Thermocouple and RTD temperature sensor circuits
5. Analog filters - LP, HP, BP, BS, universal filters
6. Signal switching and sampling
7. Logarithmic, exponential amplifiers, multipliers
8. Mean, RMS and peak value detectors
9. Signal digitization, sampling, SNR
10. Signal reconstruction, DDS
11. Project - introduction, problem definition
12. Project - analogue part analysis
13. Project - signal AD conversion analysis
14. Results evaluation, assessment
Literature
1. Vedral, Svatoš: Zpracování a digitalizace analogových signálů v měřicí technice. Česká technika 2018. ISBN: 978-80-01-06424-5
2.Vedral, Svatoš: Analog signal processing and digitization. Česká technika 2010. ISBN:978-80-01-06717-8
3. Pallas Areny, Webster: Sensor and signal conditioning. John Wiley Sons, 2001, ISBN 0-471-3323-1
Analog Signal Processing and Digitalization (Main course) B3M38ZDS1
Credits 6
Semesters Winter
Completion Assessment + Examination
Language of teaching Czech
Extent of teaching 2P+2L
Annotation
Studenti získají znalosti nutné pro návrh a implementaci systémů pro zpracování a digitalizaci analogových signálů. Prohloubí znalosti získané v předchozích teoretických předmětech a získají praktickou zkušenost při návrhu a analýze systémů pro zpracování signálů, A/Č převod a sběr dat. Důraz je kladen na snižování nejistot, rychlost, stabilitu a odolnost vůči rušivým signálům.
Course outlines
1. Základní řetězec pro zpracování a digitalizaci. Nejistoty, šum, posun spektra.
2. Operační zesilovače, typy a vlastnosti, frekvenční charakteristiky.
3. Lineární zpracování signálů, elektrometrické, přístrojové a izolační zesilovače. Zesilovače s BJT a FET.
4. Nelineární zpracování signálů, logaritmické zesilovače, převodníky střídavé hodnoty.
5. Filtrace signálů, typy, vlastnosti, spojité a spínané filtry.
6. Spínání a přepínání signálů, kontaktní, polovodičové multiplexery, vzorkovací obvody.
7. Aplikace Fourierovy transformace pro zpracování a digitalizaci. Diskrétní FT, Z transformace.
8. Koherentní modulace a demodulace senzorových signálů. Principy, obvodová řešení. Snižování nejistot.
9. Vzorkování a kvantování signálů, typy vzorkování, kvantovací chyba, odstup signál-šum.
10. Digitalizace rychlých signálů, paralelní, kaskádní a aproximační A/Č převodníky.
11. Digitalizace signálů s vysokou rozlišitelností, integrační, DS převodníky, dithering.
12. Rekonstrukce signálů, typy a vlastnosti Č/A převodníků. Generování signálů, přímá digitální syntéza.
13. Testování dynamických vlastností digitalizátorů v časové a kmitočtové oblasti.
14. Zásady návrhu z hlediska EMC, potlačení rušivých signálů – obvody a fyzická topologie.
Literature
Povinná: Vedral, Svatoš. Analog Signal Processing and Digitization in Measurement. Česká technika, 2020. ISBN: 9788001067178.
Doporučená:
Horowitz, Hill. The Art of Electronics. Cambridge University Press, 3rd Edition, 2015. ISBN: 9780521809269
Pallás-Areny, Webster. Analog Signal Processing, John Wiley & Sons, 1999. ISBN: 9780471125280
https://moodle.fel.cvut.cz/course/view.php?id=5408