phân tích các kĩ thuật biến đổi đồng thời đánh giá sai số trong biến đổi tương tự - số adc

Kĩ thuật biến đổi tơng tự số ADC mục lục I. Tổng quan về biến đổi tơng tự-số (ADC) 3 I. Tổng quan về biến đổi tơng tự-số (ADC) 3 II. Các phơng pháp biến đổi tơng tự số (ADC) 4 II. Các phơng pháp biến đổi tơng tự số (ADC) 4 Nh trên đã trình bày, có 3 phơng pháp biến đổi ADC cơ bản là: phơng pháp song song, phơng pháp trọng số và phơng pháp số. Sau đây sẽ xem xét chi tiết kĩ thuật từng phơng pháp 4 2.1. Phơng pháp song song 4 2.2. Phơng pháp song song cải biến 7 2.3. Phơng pháp trọng số 8 2.4. Phơng pháp số 8 2.4.1. Phơng pháp bù 9 2.4.2. Phơng pháp điện áp răng ca: 9 2.4.3. Phơng pháp tích phân kép: 10 2.4.4. Hiệu chỉnh tự động điểm không: 12 III. Sai số trong biến đổi tơng tự số (ADC) 13 III. Sai số trong biến đổi tơng tự số (ADC) 13 3.1. Sai số tĩnh 13 3.2. Sai số động: 14 3.3. Sai số bù, sai số tăng ích và sai số tuyến tính 15 - 2 - Kĩ thuật biến đổi tơng tự số ADC Mở đầu Trong ba thp k qua, k thut x lý thụng tin ó phỏt trin mnh. H thng truyn tin c t chc theo cỏc lp chc nng: nh dng v mó hoỏ ngun tin, iu ch, mó hoỏ kờnh, ghộp kờnh v a truy nhp, tri ph tn s, mt mó hoỏ v ng b. Hiện nay, các mạch số, chuyển mạch, hệ thống truyền dẫn, và các thiết bị lu trữ là một trong những lĩnh vực phát triển mạnh mẽ nhất trong công nghệ điện tử. Do cáp quang có băng tần hầu nh không giới hạn nên hệ thống viễn thông số đang chuyển biến dần ngành công nghiệp điện thoại và tạo nên sự hội tụ nhanh chóng của thông tin thoại, số liệu và thông tin hình ảnh (video). Việc truyền dẫn tín hiệu truyền thông hầu hết đợc thực hiện theo phơng pháp số. Trong khi đó tín hiệu tự nhiên (thoại, số liệu, hình ảnh, ) lại biến thiên liên tục theo thời gian, nghĩa là tín hiệu tự nhiên có dạng tơng tự. Để phối ghép giữa nguồn tín hiệu tợng tự và các hệ thống xử lý số, ngời ta dùng các mạch chuyển đổi tơng tự- số (ADC: Analog Digital Converter) và ngợc lại là chuyển đổi số-tơng tự (DAC: Digital Analog Conver). Bi vit ny s trỡnh by lý thuyt tng quan v phõn tớch cỏc k thut bin i ng thi ỏnh giỏ sai s trong bin i tng t - s ADC. I. Tổng quan về biến đổi tơng tự-số (ADC) Biến đổi tơng tự - số ADC là biến đổi điện áp vào (giá trị tơng tự) thành các số (giá trị số) tỷ lệ với nó. Về nguyên tắc có ba phơng pháp biến đối tơng tựsố khác nhau nh sau: phơng pháp song song, phơng pháp trọng số và phơng pháp số. Sau đây sẽ xem xét nguyên tắc làm việc của bộ biến đổi tơng tự số (ADC): Hình 1. Sơ đồ khối bộ biến đổi tơng tự - số ADC Nguyên tắc: Tín hiệu tơng tự đợc đa đến một mạch lấy mẫu, tín hiệu ra mạch lấy mẫu đợc đa đến mạch lợng tử hoá làm tròn với độ chính xác: 2 Q . Sau mạch lợng tử hoá là mạch mã hoá. Trong mạch mã hoá, kết quả lợng tử hoá đợc sắp xếp lại theo một quy luật nhất định phụ thuộc vào loại mã yêu cấu trên đầu ra bộ chuyển đổi. Trong nhiều loại ADC, quá trình lợng tử hoá và mã hoá xảy ra đồng thời, lúc đó không thể tách rời hai quá trình đó. - 3 - Mạch lấy mẫu L ợng tử hoá Mã hoá ADC U A U M U D Kĩ thuật biến đổi tơng tự số ADC Sau đây sẽ xem xét cụ thể nhiệm vụ cơ bản của các khối chức năng trong sơ đồ khối trình bày nh hình vẽ số 1: Mạch lấy mẫu có nhiệm vụ: - Lấy mẫu tín hiệu tơng tự tại những thời điểm khác nhau tức là rời rạc hoá tín hiệu về mặt thời gian. - Giữ cho biên độ điện áp tại các thời điểm lấy mẫu không đổi trong quá trình chuyển đối tiếp theo (quá trình lợng tử hoá và mã hoá). (hình 2) Mạch lợng tử hoá làm nhiệm vụ rời rạc hoá tín hiệu tơng tự về mặt biên độ. Nh vậy, nhờ quá trình lợng tử hoá, một tín hiệu tơng tự bất kỳ đợc biểu diễn bởi một số nguyên lần mức lợng tử. Tức là: Q X Q X Q X Z AiAiAi Di == int Ghi chú: X Ai : tín hiệu tơng tự ở thời điểm i. Z Di : tín hiệu số ở thời điểm i. Q: mức lợng tử. X Ai : số d trong phép lợng tử hoá int (integer): phần nguyên. Hình 2: Đồ thị thời gian của điện áp vào và điện áp ra mạch lấy mẫu II. Các phơng pháp biến đổi tơng tự số (ADC) Nh trên đã trình bày, có 3 phơng pháp biến đổi ADC cơ bản là: phơng pháp song song, phơng pháp trọng số và phơng pháp số. Sau đây sẽ xem xét chi tiết kĩ thuật từng phơng pháp. 2.1. Phơng pháp song song Xét một bộ biến đổi 3 bit thực hiện theo phơng pháp song song nh hình 3. Với 3 bít có thể biểu diễn 2 3 =8 số khác nhau, kể cả số 0 (không). Do đó cần có 7 bộ so sánh, 7 điện áp chuẩn từng nấc đợc tạo ra bởi các phân áp. - 4 - t U A U M t Kĩ thuật biến đổi tơng tự số ADC Nếu điện áp vào không vợt ra khỏi giới hạn dải từ 5/2 U LSB đến 7/2 U LSB thì các bộ sao sánh từ thứ 1 đến thứ 3 xác lập ở trạng thái 1, còn các bộ so sánh từ thứ 4 đến thứ 7 xác lập ở trạng thái 0. Các mạch logic cần thiết để diễn đạt trạng thái này thành số 3. Bảng 5 cho quan hệ giữa các trạng thái của các bộ so sánh với các số nhị phân tơng ứng. Nếu điện áp vào bị thay đổi đi có thể sẽ nhận đợc kết quả sai do đó bộ mã hoá u tiên không thể đấu trực tiếp đến các lối ra của các bộ so sánh. Ta hãy xét đến chẳng hạn việc chuyển từ số 3 sang số 4 (do đó, trong mã nhị phân là từ 011 đến 100). Nếu bit già do thời gian trễ sẽ giảm đi mà thay đổi trạng thái của mình sớm hơn các bít khác thì sẽ xuất hiện số 111, tức là số 7. Trị số sai tơng ứng với một nửa dải đo. Bởi vì các kết quả biến đổi A/D, nh đã biết, đợc ghi vào bộ nhớ, nh vậy là tồn tại một xác xuất nhất định để nhận đợc một trị số hoàn toàn sai. Có thể giải quyết vấn đề này bằng cách, chẳng hạn, dùng một bộ nhớ - trích mẫu để ngăn sự biến động điện áp vào trong thời gian đo. Tuy nhiên, phơng pháp này đã hạn chế tần số cho phép của điện áp vào, bởi vì cần phải có thời gian xác lập cho mạch nhớ - trích mẫu. Ngoài ra không thể loại bỏ hoàn toàn xác xuất thay đổi trạng thái ra của các bộ so sánh, bởi vì các mạch nhớ - trích mẫu hoạt động nhanh có độ trôi đáng kể. - 5 - Kĩ thuật biến đổi tơng tự số ADC Hình 3: Bộ biến đổi A/D làm việc theo phơng pháp song song chuanLSB U Ue U Ue Z 7== Nhợc điểm này có thể đợc khắc phục bằng cách sau mỗi bộ so sánh, ta dùng một trigơ với t cách là một bộ nhớ đệm lật theo sờn để nhớ các trị analog. Trigơ này, dới tác dụng của tín hiệu nhịp sẽ khởi động cho các trigơ tiếp sau. ở trờng hợp này bảo đảm giữ nguyên trạng thái dừng trên lối ra bộ mã hoá u tiên khi tác động sờn xung để khởi động trigơ. Nh đã thấy rõ ở bảng 1, các bộ so sánh xác lập ở trạng thái 1 theo trình tự từ dới lên trên. Trình tự này sẽ không đợc đảm bảo nếu các sờn xung là dựng đứng. Bởi vì do có sự khác nhau về thời gian trễ của các bộ so sánh nên có thể sẽ chuyển sang một trình khác. Trong các tình huống xác định, trạng thái quá độ này có thể đợc ghi vào các trigơ nh là khi sờn xung khởi động trigơ và sờn tín hiệu trùng nhau. Tuy nhiên, bộ mã hoá u tiên đã cho phép tránh đợc điều này nhờ tính chất là: nó không chú ý đến các bít trẻ 1 . Bảng 1: Sự biến đổi trạng thái trong bộ biến đổi A/D song song tuỳ thuộc vào điện áp lối vào. Điện áp vào Trạng thái của các bộ so sánh Số nhị phân Số thập phân tơng ứng Ue/U LSB K 7 K 6 K 5 K 4 K 3 K 2 K 1 Z 2 Z 1 Z 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 2 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 2 3 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 3 - 6 - Z2 Z1 Z0 U chuẩn Bộ mã hoá u tiên D Q C D Q C D Q C D Q C D Q C D Q C D Q C U LSB K6 K5 K7 K4 K3 K2 K1 X7 X6 X5 X3 X1 X2 1/2R R R R R R R 1/2R LSB U 2 5 LSB U 2 1 R LSB U 2 3 LSB U 2 7 LSB U 2 9 LSB U 2 11 LSB U 2 13 X4 U e + - + + - - + + - - - - + + Kĩ thuật biến đổi tơng tự số ADC 4 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 4 5 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 5 6 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 6 7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7 Thời gian lấy mẫu cần phải nhỏ hơn thời gian trễ của bộ so sánh, còn điểm bắt đầu của nó đợc xác định bởi sờn xung khởi động. Sự khác nhau về thời gian trễ đã gây ra độ bất định thời gian(khe) của mẫu. Để giảm nhỏ trị số của nó đến mức đã tính toán trong mục trớc, tốt nhất là sử dụng các bộ so sánh có khả năng giảm nhỏ thời gian trễ. Nhờ các tầng làm việc song song nên phơng pháp biến đổi A/D vừa mô tả là nhanh nhất. 2.2. Phơng pháp song song cải biến Điểm hạn chế của phơng pháp song song là: Số lợng các bộ so sánh tăng lên theo hàm mũ với độ dài của từ. Chẳng hạn, đối với bộ biến đổi 8 bit, cần đến 255 bộ so sánh. Có thể giảm đáng kể giá thành nếu giảm nhỏ tốc độ biến đổi. Muốn vậy ng- ời ta tổ hợp phơng pháp song song với phơng pháp trọng số. Khi xây dựng bộ biến đổi 7 bit theo phơng pháp cải biến ở bớc thứ nhất 4 bit già của mã đợc biến đổi song song (hình 4). Sau bớc này ta thu đợc giá trị lợng tử thô của điện áp vào. Nhờ một bộ biến đổi D/A ta sẽ có một điện áp analog tơng ứng. Điện áp vào đợc đem trừ đi điện áp này. Phần d còn lại sẽ đợc biểu diễn dới sạng số nhờ một bộ biến đổi A/D 4 bit thứ hai. Nếu hiệu số giữa giá trị xấp xỉ thô và điện áp vào đợc khuếch đại lên 16 lần thì có thể sử dụng 2 bộ biến đổi A/D với cùng một dải điện áp vào. Tất nhiên là sự khác nhau giữa 2 bộ biến đổi sẽ đợc quy về các yêu cầu của độ chính xác ở bộ biến đổi A/D thứ nhất, độ chính xác hầu nh phải đạt nh một bộ biến đổi 8 bit. Bởi vì nếu không thì hiệu số nhận đợc sẽ không có ý nghĩa. Các trị số xấp xỉ thô và chính xác ở lối ra tất nhiên phải là tơng ứng với cùng một điện áp Ue(tj). Tuy nhiên có trễ tín hiệu ở bậc thềm thứ nhất nên sẽ xuất hiện thời gian trễ, vì thế, khi sử dụng phơng pháp này, điện áp sẽ đợc giữ không đổi (nhờ một bộ nhớ - trích mẫu) cho đến khi nhận đợc toàn bộ số. Hình 4: Bộ biến đổi A/D thực hiện theo phơng pháp song song cải biến. chuanLSB U Ue U Ue Z 255 == - 7 - Bộ nhớ trích mẫu Bộ biến đổi A/D song song 4 bit Bộ biến đổi D/A 4 bit Bộ biến đổi A/D song song 4 bit U chuẩn U chuẩn 1/16U chuẩn Z 7 Z 6 Z 5 Z 4 Z 3 Z 2 Z 1 Z 0 + + - Kĩ thuật biến đổi tơng tự số ADC 2.3. Phơng pháp trọng số Sơ đồ khối của một bộ biến đổi A/D làm việc theo phơng pháp trọng số đợc minh hoạ trong hình vẽ số 5. Hình 5: Bộ biến đổi A/D làm việc theo phơng pháp trọng số Z=Ue/U SLB Trớc khi bắt đầu do đơn vị logic điều khiển (thí dụ nh máy vi tính) ghi vào bộ nhớ các giá trị không (xoá hết thông tin trong bộ nhớ). Ngay sau đó xác lập giá trị 1 cho bit già, ở đây Z 7 =1. Nhờ đó, điện áp trên lối ra bộ biến đổi D/A bằng: U(Z) = 2 7 U LSB Giá trị này chính là một nửa dải có thể của tín hiệu tạo ra. Nếu điện áp vào Ue lớn hơn trị số này thì phải có Z 7 = 1. Nếu nhỏ hơn thì Z 7 =0. Do đó đơn vị điều khiển cần phải chuyển Z 7 ngợc về trạng thái 0. Nếu biến ra K của bộ so sánh nhận giá trị 0. Ngay sau đó, số d Ue - Z 7. 2. U LSB cũng đợc so sánh nh vậy với các bit trẻ gần nhất. Sau 8 bớc so sánh tơng tự, số nhị phân Z đợc ghi trong bộ nhớ. Sau phép biến đổi A/D ta có điện áp tơng ứng bằng: Ue = Z U LSB Do đó Z = Ue/U LSB Nếu trong thời gian biến đổi mà điện áp bị biến đổi đi thì cần phải có một phần tử nhớ - trích mẫu để nhớ trung gian các giá trị của hàm, nhằm đảm bảo để tất cả các bit đợc biến đổi ra từ cùng một giá trị điện áp vào nh nhau. 2.4. Phơng pháp số Trong phơng pháp số, ngời ta sử dụng các phơng tiện đơn giản và đạt đợc độ chính xác cao nên các bộ biến đổi A/D thực hiện theo phơng pháp này có giá thành rất thấp. Tuy nhiên thời gian biến đổi lớn hơn nhiều so với các phơng pháp khác. Nh đã biết, nó vào khoảng 1- 100msec. Trong nhiều ứng dụng, giá trị này là chấp - 8 - Phần tử nhớ trích mẫu Phần tử điều khiển Bộ tạo nhịp Bộ nhớ Bộ biến đổi D/A K Bộ so sánh Z U chuẩn U(z) Z 7 Z 6 Z 5 Z 4 Z 3 Z 2 Z 1 Z 0 Ue + - Kĩ thuật biến đổi tơng tự số ADC nhận đợc. Vì vậy mà phơng pháp số đợc sử dụng rộng rãi nhất trong đa số các phơng án mạch. Những vấn đề quan trọng nhất của chúng sẽ đợc khảo sát dới đây. 2.4.1. Ph ơng pháp bù Bộ biến đổi A/D kiểu bù vẽ ở hình (6) rất giống với các sơ đồ đã khảo sát trớc đây. Điểm khác biệt là ở chỗ: ở đây bộ nhớ đợc thay đổi bởi bộ đếm. Lúc này có thể đơn giản đáng kể đơn vị điều khiển. Hình 6. Bộ biến đổi A/D theo phơng pháp bù Nhờ có bộ trừ mà điện áp vào Ue đợc so sánh với điện áp bù U(z). Nếu hiệu số LSBZ UUUe 2 1 > thì bộ đếm làm việc trong chế độ cộng. Nhờ vậy mà U(z) tiến sát đến điện áp vào. Nếu LSBZ UUUe 2 1 < thì bộ đếm là một bộ trừ. Lúc đó điện áp bù luôn luôn bám theo điện vào. Vì lý do trên mà loại mạch nh thế đợc gọi là các bộ biến đổi A/D kiểu bám. Để ngăn ngừa sự làm việc tiếp tục của bộ đếm đến khi đạt đợc sự san bằng trong bit tiếp sau, bộ đếm sẽ tạm ngừng nếu hiệu số Ue-U(z) nhỏ hơn LSB U 2 1 Khác với phơng pháp trọng số, ở đây các số trên lối ra có thể biểu diễn đủ đơn giản dới dạng nhị thập phân. Muốn vậy, thay cho bộ đếm nhị phân, ngời ta dùng bộ đếm nhị - thập phân. Việc đơn giản đơn vị điều khiển so với phơng pháp trọng số sẽ đạt đợc bằng cách giảm nhỏ tốc độ biến đổi, bởi vì điện áp bù đợc thay đổi bởi các thềm U LSB . ở trờng hợp điện áp vào thay đổi chậm thì vẫn có thể nhận đợc thời gian động tác nhỏ bởi vì nhờ tính chất bám, sự xấp xỉ mang tính liên tục mà không bắt đầu từ không nh trong phơng pháp tính trọng số. 2.4.2. Ph ơng pháp điện áp răng c a: Nguyên lý làm việc của phơng pháp này trớc hết dựa trên việc biểu diễn điện áp răng ca và các bộ so sánh K1, K2 (hình 7). - 9 - Bộ chuyển đổi h ớng đếm Bộ tạo nhịp Bộ biến đổi D/A U chuẩn Bộ đếm thuận nghịch Z 7 Z 6 Z 5 Z 4 Z 3 Z 2 Z 1 Z 0 + Ue - U(Z) U(Z) Ue Bộ tạo sóng thạch anh Bộ chỉ thị Bộ tạo điện áp răng c a U chuẩn V S + - - + Bộ đếm K1 K2 Z f Ue U tf Z chuan = Kĩ thuật biến đổi tơng tự số ADC Hình 7: Bộ biến đổi A/D làm việc theo phơng pháp răng ca. Điện áp răng ca tăng từ giá trị âm đến giá trị dơng theo luật: Vot U V chuan S = Lối ra của phần tử logic XOR giữ ở trạng thái 1 cho đến khi điện áp răng ca còn nằm trong dải từ 0 đến Ue. Thời gian tơng ứng với quá trình đó bằng: Ue U t chuan = Để xác định nó, ngời ta đếm số dao động đợc tạo ra bởi một bộ tạo sóng thạch anh. Nếu trớc lúc tiến hành phép đo ta lập bộ đếm ở trạng thái 0 thì khi vợt qua ng- ỡng trên của bộ so sánh, trong bộ đếm sẽ có mã: Ue U f T t Z chuan = = Nếu trên lối vào có điện áp âm thì thoạt tiên điện áp răng ca đạt giá trị của điện áp vào rồi sau đó đi qua giá trị 0. Theo trình tự này có thể xác định đợc dấu của điện áp đo. Độ dải đo cũng giống nh trong trờng hợp tín hiệu dơng, nó chỉ phụ thuộc vào biên độ của điện áp đo. Sau mỗi lần đo bộ đếm lại lặp về 0 và điện áp răng ca lại có giá trị âm ban đầu, để đảm bảo cho việc đa ra các số liệu ổn định thì kết quả dới dạng số trớc đó thờng đợc nhớ trong khi tạo số mới. Khi san bằng liên tục bằng ph- ơng pháp bù thì điều này là không cần thiết vì rằng sau khi san bằng trạng thái biến đổi của bộ đếm không thay đổi nếu Ue giữ nguyên. Nh thấy từ công thức trên, sự tản mát của hằng số thời gian trực tiếp ảnh h- ởng đế độ chính xác của phép đo. Bởi vì độ chính xác đợc xác định bởi mạch RC, cho nên độ trôi thời gian và nhiệt độ của tụ điện cũng ảnh hởng đến nó. Vì các nguyên nhân này mà độ chính xác khó vợt qua 0,1% 2.4.3. Ph ơng pháp tích phân kép: Phơng pháp đo thứ hai khi đó không chỉ điện áp chuẩn, mà cả điện áp cũng đ- ợc lấy tích phân minh hoạ ở hình 8. ở trạng thái rỗi, các khoá S 1 và S 2 hở mạch còn khoá S 3 kín mạch. Điện áp ra khỏi bộ tích phân bằng không. - 10 - Kĩ thuật biến đổi tơng tự số ADC Khi bắt đầu đo: Khoá S 3 hở mạch ra còn khoá S 1 kín mạch lại. Vì vậy điện áp vào đợc lấy tích phân. Thời gian lấy tích phân điện áp vào là cố định. Bộ thời gian đóng vai trò một bộ định giờ (timer). Cho đến khi lấy phép tích phân thực (t 1 ), điện áp ra khỏi bộ tích phân bằng: ( ) TUen UedttU t 1 1 0 11 1 == ở đây: n1 là số xung nhịp xác định bởi bộ đếm thời gian tích phân; T là kỳ của bộ tạo nhịp. Hình 8. Bộ biến đổi A/D thực hiện bằng phơng pháp tích phân kép. Hình 9: Đờng thời gian của điện áp ra khỏi bộ tích phân đối với các điện áp khác nhau Sau khi kết thúc phép đo, để xác định các giá trị số thì khoá S 1 hở mạch ra, điện áp chuẩn đợc đặt tới bộ tích phân qua khoá S 2 . Khi đó điện áp chuẩn sau khi chọn đợc ngợc dấu với điện áp vào. Nh vậy, điện áp ra lại giảm đi nh mô ta trên hình (11). Khoảng thời gian lại đó điện áp ra trở nên bằng không đợc xác định nhờ bộ so sánh và bộ đếm kết quả. - 11 - t2 U1 Tích phân Ue Tích phân Uchuẩn t t1 1 n U eU Z chuan = Ue Thiết bị điều khiển Bộ tạo nhịp Bộ đếm thời gian tích phân U chuẩn S1 + - Bộ đếm kết quả S2 U1 S3 C1 - + - + Bộ chỉ thị t 2 t 1 bộ tích phân bộ so sánh [...]... lại số liệu kết hợp với máy vi tính) và loại có các lối ra dồn kênh nhị - thập phân dùng để điều khiển các bộ chỉ thị III Sai số trong biến đổi tơng tự số (ADC) 3.1 Sai số tĩnh Khi biến đổi các giá trị tơng tự (Analog) thành số (Digital) với số bit hữu hạn thờng xuất hiện sai số hệ thống Các sai số này gọi là sai số lợng tử Theo minh hoạ ở hình 1 nó vào khoảng 1/2ULSB tức là có trị số bằng một nửa sai. .. bộ biến đổi 8 bit thì U LSB/UMAX=1/255 Nếu tần số cực đại của tín hiệu bằng 100Mhz thì thời gian bất định nhỏ hơn 125 psec - 14 - Kĩ thuật biến đổi tơng tự số ADC Ue e U t tA Hình 12: Hiệu ứng khe 3.3 Sai số bù, sai số tăng ích và sai số tuyến tính Sai số bù và tăng ích trong ADC giống nh sai số bù và tăng ích trong bộ khuếch đại Nếu một ADC có sai số bù thì sẽ có một sự dịch chuyển hệ thống trong giá. .. tổng các sai số phi tuyến 3.2 Sai số động: Trong các Vôn kế số, xuất phát từ hiện tợng là: trong suốt thời gian biến đổi thì điện áp vào là không đổi Khi xử lý tín hiệu, ngợc lại điện áp vào lại liên tục biến đổi Trong xử lý số, qua các khoảng thời gian bằng nhau ta tiến hành lấy mẫu điện áp biến động ở lối vào bằng các phần tử nhớ-trích mẫu Các số liệu này đợc biến đổi thành dạng số nhờ bộ biến đổi. .. - 13 - Kĩ thuật biến đổi tơng tự số ADC nhau thì ta có một đờng thẳng với một hệ số góc duy nhất xuất phát từ gốc toạ độ Trong các bộ biến đổi A/D thực tế đờng thẳng này không xuất phát từ điểm 0 (sai số dịch) và độ nghiêng của nó khác 1 (sai số khuếch đại) Sai số khuếch đại trong dải biến đổi tín hiệu là nguyên nhân gây ra độ lệch hằng số tơng đối giữa trị số gia và trị số nguyên thuỷ Ngợc lại, sai. .. là điện áp dịch của bộ tích phân, còn I B là dòng vào tĩnh ở trạng thái xác lập, nhờ có bù mà dòng qua C1 (nh trong bộ tích phân lý tởng) bằng không Khi lấy tích phân điện áp vào, các khoá S 3 và S4 hở mạch ra còn S1 đợc kín mạch lại Bởi vì trong khoảng thời gian này điện áp U K trên tụ CN đợc nhớ, cho nên vị - 12 - Kĩ thuật biến đổi tơng tự số ADC trí không trong pha lấy tích phân đợc hiệu chỉnh Lúc... Tơng tự, sai số phi tuyến vi phân theo LSB là DNL( k ) = W (k ) - Q với k = 1 tới 2 n -2 Q - 15 - Kĩ thuật biến đổi tơng tự số ADC Rõ ràng là INL và DNL có quan hệ với nhau Trong thực tế, DNL là vi phân thứ nhất của INL, nghĩa là : DNL(k) = INL(k+1) - INL(k) Hai thông số chất lợng của đặc tuyến ADC liên quan đến INL và ANL là mã ẩn (missing code) và tính đơn điệu (monotonicity) Nếu một ADC có một số. .. phân W(k) so với giá trị Q bình th ờng, tất nhiên là sau khi đã sửa sai số tăng ích W(k) là độ rộng mã nhị phân Sai số INL và DNL thờng đợc biểu diễn bằng đơn vị bit trọng số nhỏ nhất (LSB - Least Significant Bits), với LSB = Q Sai số phi tuyến tích phân biểu diễn theo LSB có giá trị : INL( k ) = T ( k ) - ( k - 1)Q với k = 2 tới 2 n -1 Q trong công thức trên đã bỏ qua sai số bù và sai số tăng ích và... với giá trị lý tởng của nó Sai số tuyến tính đợc định nghĩa một cách truyền thống bằng độ phi tuyến tích phân (INL - Integral NonLinearity) và độ phi tuyến vi phân (DNL - Differential NonLinearity) Độ phi tuyến tích phân là sự sai khác của mức ngỡng T(k) so với giá trị bình thờng của nó sau khi đã loại bỏ các sai số bù và tăng ích Độ phi tuyến vi phân lại đại diện cho sự sai khác của độ rộng nhị phân. .. trị số bằng một nửa sai số của điện áp vào cần thiết để làm thay đổi mã trong các bit trẻ UA(z) +1/2ULSB -1 /2ULSB UE UZ Nếu bằng một bộ biến đổi D/A ta biếnHìnhngợc số nhận đợc thànhâm lợng tử đổi 11 Sự xuất hiện của tạp điện áp thì sẽ phát hiện sai số lợng tử dới dạng tạp âm Bên cạnh sai số hệ thống do lợng tử hoá còn có sai số đáng kể do mạch gây ra Nếu các điểm giữa của các bậc trên đờng gấp khúc.. .Kĩ thuật biến đổi tơng tự số ADC t 2 = n 2T = U chuan U 1 ( t1 ) ta có kết quả: Z = n2 = Ue n1 U chuan Từ công thức trên ta thấy rằng: Đặc điểm nổi bật của phơng pháp này là tần số nhịp 1/T và hằng số tích phân = RC1 không hề ảnh hởng đến kết quả Chỉ yêu cầu làm sao để trong khoảng thời gian t1+t2, tần số nhịp không đổi Điều này có thể đảm bảo ngay cả khi dùng các bộ tạo nhịp đơn . III. Sai số trong biến đổi tơng tự số (ADC) 13 III. Sai số trong biến đổi tơng tự số (ADC) 13 3.1. Sai số tĩnh 13 3.2. Sai số động: 14 3.3. Sai số bù, sai số tăng ích và sai số tuyến tính 15 -. Kĩ thuật biến đổi tơng tự số ADC mục lục I. Tổng quan về biến đổi tơng tự -số (ADC) 3 I. Tổng quan về biến đổi tơng tự -số (ADC) 3 II. Các phơng pháp biến đổi tơng tự số (ADC) 4 II. Các. i ng thi ỏnh giỏ sai s trong bin i tng t - s ADC. I. Tổng quan về biến đổi tơng tự -số (ADC) Biến đổi tơng tự - số ADC là biến đổi điện áp vào (giá trị tơng tự) thành các số (giá trị số) tỷ lệ với