tổng quan về tương tự số

 môc lôc I. Tæng quan vÒ biÕn ®æi t¬ng tù-sè (ADC) 3 I. Tæng quan vÒ biÕn ®æi t¬ng tù-sè (ADC) 3 II. C¸c ph¬ng ph¸p biÕn ®æi t¬ng tù – sè (ADC) 5 II. C¸c ph¬ng ph¸p biÕn ®æi t¬ng tù – sè (ADC) 5    !"#"$%&'()*+,*-./'01 $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$2 3$4$5  $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$2 3$3$5  $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$6 3$$5!"$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$7 3$8$5"$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$49   !"#$% &'#()*% + #,-./)0% III. Sai sè trong biÕn ®æi t¬ng tù – sè (ADC) 15 III. Sai sè trong biÕn ®æi t¬ng tù – sè (ADC) 15 $4$%&"/$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$42 $3$%&":$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$4; $$%&"<&"=>#&"'>$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$46 11  Më ®Çu Trong ba thập kỷ qua, kỹ thuật xử lý thông tin đã phát triển mạnh. Hệ thống truyền tin được tổ chức theo các lớp chức năng: định dạng và mã hoá nguồn tin, điều chế, mã hoá kênh, ghép kênh và đa truy nhập, trải phổ tần số, mật mã hoá và đồng bộ. ?@&,A"'B,A@"'CDE#F'G ,: G/#HB,A,)I J@@K$  L'&=MM' .JNA@"#OJ"& 'BDMJ@@ A#A H:P&Q& J A"@'#JR#D+ S$ T@'CDE>@''CJM'UH@+  "$V .>@'HR A"@'$$$SAP + W&/&>@'HDAH$XB"-G&'Y >@'UH#@"*KZ"W&D<,A'BH[ "R& & #++S#UA'B"[HR &&  #+S$ Bài viết này sẽ trình bày lý thuyết tổng quan và phân tích các kĩ thuật biến đổi đồng thời đánh giá sai số trong biến đổi tương tự - số ADC. I. Tæng quan vÒ biÕn ®æi t¬ng tù-sè (ADC) \H["@# RFHS" RF"S]@#N$TC'^&"H_". &'&'  !"#"$ %&'()*+,*-'^,#@Q&:H_"RS H×nh 1. S¬ ®å khèi bé biÕn ®æi t¬ng tù - sè ADC Nguyªn t¾c: V>@'HU&,:,AI,E'>@'&,AI,E'U& ,AUK ,`#N:> *± 2 Q $ 1&1 23#456 /7 89:; < 2=<  a  a b a   %&',AUK ,A, $V ,A, .L'UK  U^*A+ ,:L''0IFP':#  A,'I' M'&:'B$ V C' AL'UK #, *&YWc .JBW&L'$ %&'()*+,*-PB@,#PQ&."d= Y ."#)"4 bAI,E'@,#P - eI,E'>@'HAGWB,.&'dWA >@' #C,fW&$ - gG :@AWB,I,E'.J L' 'B"+ RL'UK #, S$R3S bAUK ,@,#PWA >@'H#C,f:$ #0WL'UK ,:>@'HI.hUB'DOi,:" 'M,dUK$Vd Q X Q X Q X Z AiAiAi Di ∆ −== int gc j  >@'HiWB,$ k  >@'"iWB,$ l,dUK$ ∆j  "D -UK  R++SM'$ H×nh 2: §å thÞ thêi gian cña ®iÖn ¸p vµo vµ ®iÖn ¸p ra m¹ch lÊy mÉu 11  a  a b   II. C¸c ph¬ng ph¸p biÕn ®æi t¬ng tù – sè (ADC)    !"#"$%&'()*+,*-./ '01$ 2.1. Ph¬ng ph¸p song song j-,::H@+   $TN >BB'DO3  mn".&'.B"9R.JS$ M6:  6@'o1IUA &i($ '@# .J#U&.pNAD12q3a e%\ 6q3a e%\  :& 1d4d*0iAr4s`: 1d8 d6*0iAr9s$,A MBDOAA "$\2 L'&@G&AQ&: #N"F (d$ '@# F&B)0U.L'&D :,  '.JBI'H"&Q&: $V&*-t A#@'B1"&"8RD  ,F(1944499S$' D W&O),,&AQ&,N,> .)*'I@"444d"6$VF"&d#N,:K&D $\i #.L'qU# :N#0YA,:* *'IIFB0U,:F"  &$ BL'#ICutAD<,::N[> ,E'B=H:@#  W& $V' AM" -Q&@# i#MW&*0  ,AN[>,E'$ &.JB Ap  **'I&A &Q&: i#,AN[>,E' A:&:  J.B$ 1>1  H×nh 3: Bé biÕn ®æi A/D lµm viÖc theo ph¬ng ph¸p song song chuanLSB U Ue U Ue Z 7 == UB,BU.^Pu&',v: &D< ,:#N,::N@,0+ WBNF&& $V DNDPQ&>@'F).i: &'$ëWU  ,G'AD1"&:, '.:W *'B.i:$ Iwi4: *0iAr4s+ H1 DN$VH).JU, 'W*'DHd$\i #D H.&'#CW&OQ&: B)'B& ,:.$V '"*FAL':BU # .W*'.i:#W>@'<&'$V' 1?1 k3 k4 k9 a 'o \: ,  x ' l  l  l  l  l  l  l  a e%\ y; y2 y6 y8 y y3 y4 j6 j; j2 j j4 j3 4q3z z z z z z z 4q3z LSB U 2 5 LSB U 2 1 z LSB U 2 3 LSB U 2 7 LSB U 2 9 LSB U 2 11 LSB U 2 13 j8 a + { [ { { [ [ { { [ [ [ [ { {  :, ' -UC'W>I.J cZ>|r4s$ B¶ng 1: Sù biÕn ®æi tr¹ng th¸i trong bé biÕn ®æi A/D song song tuú thuéc vµo ®iÖn ¸p lèi vµo. X@# VAQ&:  %"F( %"0( d a+qa e%\ y 6 y ; y 2 y 8 y  y 3 y 4 k 3 k 4 k 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 4 9 9 9 9 9 9 4 9 9 4 4 3 9 9 9 9 9 4 4 9 4 9 3  9 9 9 9 4 4 4 9 4 4  8 9 9 9 4 4 4 4 4 9 9 8 2 9 9 4 4 4 4 4 4 9 4 2 ; 9 4 4 4 4 4 4 4 4 9 ; 6 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 6 VW&I,E'MpW&OQ&: `B,^ M'Q&U*FiW*'.i:$%H.&'#CW&O (&:IFW&R.+SQ&,E'$XB,pF"Q&,d >  ,PN"IKDP: .=,p W&O$WM,#@  q#1&,J &I$ 2.2. Ph¬ng ph¸p song song c¶i biÕn XB,AQ&  %"U: = + ,,}#N:DQ&1$tA"#N:nM322:  $B,.B',p":$b'"#0[ W&U  #N!"$ y*(DH:6+ iNdI8 Q&,U  R8S$%&'N&'UFUKJ Q&@# $W,::q&),:@&& d$ X@# U+,1@$5MD`A)UB'DODNA" W,::q8d&$ '@'"G&F*I*~J#@# U.'A4;M BKDP3:q#N<,:D@# $VIH. &'G&3:)UL'#C'M'Q&:>*i: qdI:>*M' A ,::n$\i#' .J@'"0U).JZ/&$ F"*I*~J#>*i"&Id#N< ,:@a+R•S$V'O>@'i0C,dI)*'I@ 1@1  W&O#.KDP@)UG.JRW ,::N[>,E'S .0U :"$ H×nh 4: Bé biÕn ®æi A/D thùc hiÖn theo ph¬ng ph¸p song song c¶i biÕn. chuanLSB U Ue U Ue Z 255 == 1A1 B-C !'#/7 \:   q     8 B-   D  \:   q     8 a 'o a 'o 4q4;a 'o k 6 k ; k 2 k 8 k  k 3 k 4 k 9 { { [  3.3. Ph¬ng ph¸p träng sè %Y."Q&,::q,#@+ !"U , A #)"2$ H×nh 5: Bé biÕn ®æi A/D lµm viÖc theo ph¬ng ph¸p träng sè kma+qa %e\ VN.^M'D #F C'.BR>DP,#>S# : NF.JR* J :NS$&&'*0F r4s i(k 6 m4$W@"&:qu aRkSm3 6 a e%\ gF>,:K&DBQ&>@'A &$'@# a+ NF"k 6 m4$'pk 6 m9$ #FC'.B M'Bk 6 U#CA9$'&yQ&: 0F9$ &&'"D a+[k 6$ 3$a e%\ }U #0#N|MI$ %&'nN H"F(kU :N$%&'- q&@du a+mka e%\   kma+qa e%\ 1E1 5MKN >,E' 5MKC' .B \:A  F \:N \:   q y \:  k a 'o aR€S k 6 k ; k 2 k 8 k  k 3 k 4 k 9 a+ { [  ' W&,@FM,:M KN[>,E'BN'&FQ&,u,, BI U&1<,:F@# &'$ 2.4. Ph¬ng ph¸p sè V "W&KDP@#AU: >*& :qH@+  II$V'W&NC' #N.$ # . 4[499,+$V C'dDPFI 0U$T#0,"UKDP:I &" ,A$G#ICL'&!IQ&c)U. DN($ 2.4.1. Ph ¬ng ph¸p bï \:q.B'<#)iR;SI"#NY. N ($XB,.@ivi(:NU&i:,$ecB .B#FC'.B$ H×nh 6. Bé biÕn ®æi A/D theo ph¬ng ph¸p bï W:1,@# a+U #N@<aR€S$'@' " LSBZ UUUe 2 1 >− :,,#@ ::$W#0,aR€S @# $' LSBZ UUUe 2 1 <− :,,::1$ec@ <'J'J,+ @# $TZD , A,AU! :q.B',$ XB=1&H,#@PQ&:,.AUH&u  &':,)A,1'@'"a+[aR€Sp LSB U 2 1  11 \:'Bx N, \:A  F \: q a 'o \:,'0 F k 6 k ; k 2 k 8 k  k 3 k 4 k 9 { a+[aRkS aRkS y#N!"i(""&BB'DOQ DNDAF0($b'"#0& :,F(W&D<: ,F[0($T@#FC'.B #N!") AUu,p":i#@<U&i C,a e%\ $ởWU@# &0,#EB0UW& :pi#W>I,H*I*~,&>P,.J^M' 1r.Js >!"$ 2.4.2. Ph ơng pháp điện áp răng c a: 'Z,#@Q&NDH&#@B'DO@ =&#: y4y3R6S$ Hình 7: Bộ biến đổi A/D làm việc theo phơng pháp răng ca. X@=&=1F(,FD+ '0 Vot U V chuan S = e"&Q&MK jzGiAr4s .@=& `u, D19a+$VW&d#NL'u Ue U t chuan = XB*FW&,"D& :UA &i,::A A &$'Nc- &0:,iAr9s.#UL'&[ Q&: :,), Ue U f T t Z chuan = = 11 a+ \:A A& \:~ F \:A @ =x& a 'o T % { [ [ { \: , y4 y3 k Ue U tf Z chuan = [...]... 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 UA(z) (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 1/2ULSB tức là có trị số bằng một nửa -1/2ULSB sai số của điện áp vào cần thiết để làm thay đổi mã trong... tự số ADC 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 số dịch lại tạo ra sai số hằng số tuyệt đối Sai số hệ thống do lợng tử hoá có thể dẫn tới tình trạng phi tuyến tính của đặc tuyến trong trờng hợp các bậc không đều nhau Khi xác định các sai số. .. trung bình trong thời gian đo t1 Vì vậy điện áp càng giảm khi tần số của nó càng cao Điện áp biến thiên có tần số bằng bội số nguyên của 1/t1 bị suy giảm hoàn toàn Vì thế tần số của bộ tạo nhịp đợc - 13 - Kĩ thuật biến đổi tơng tự số ADC chọn một cách hợp lý sao cho trị số t 1 hoặc là bằng chu kỳ dao động của điện áp lới, hoặc là bằng bội số của nó Trong trờng hợp này tất cả các tác động của điện lới... thuật biến đổi tơng tự số ADC 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 T(1) = 0 Tơng tự, sai số phi tuyến vi phân theo LSB là DNL( k ) = W (k ) - Q với k = 1 tới 2 n -2 Q 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... nhớ-trích mẫu Các số liệu này đợc biến đổi thành dạng số nhờ bộ biến đổi A/D Dãy số tơng ứng chỉ mô tả đủ chính xác tín hiệu liên tục ở lối vào khi thoả mãn định lý về rời rạc hoá: tần số lấy mẫu fA ít nhất phải lớn hơn 2 lần tần số lớn nhất của tín hiệu fMAX Vì thế thời gian biến đổi của bộ biến đổi A/D cần phải nhỏ hơn 1/2 fMAX Trong phạm vi ứng dụng này, để đánh giá độ chính xác thì các tham số của bộ... các số biên độ: dU dt t= 0 =Umax = Umax A U t Nếu nó cần phải nhỏ hơn trị số của mức lợng tử ULSB của bộ biến đổi A/D thì điều kiện thời gian của khe có dạng: t A < U LSB U LSB = 1 U max U max max 2 - 16 - Kĩ thuật biến đổi tơng tự số ADC ở các tần số cao của tín hiệu rất khó thoả mãn điều kiện này Thí dụ hằng số sau đay sẽ nhận điều đó: đối với bộ biến đổi 8 bit thì U LSB/UMAX=1/255 Nếu tần số. .. psec 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 trị của điện áp ngỡng T(k) từ giá trị bình thờng T(k) là mức ngỡng giữa các mã Có khả năng xác định đợc sai số bù từ phép đo điện áp ngỡng đơn tại điểm giữa... lệch lớn nhất giữa điện áp vào và đờng thẳng lý tởng Trị số này sau khi giảm đi sai số lợng tử bằng 1/2ULSB thí chính là 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... ngợc số nhận đợc thành 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 lý tởng ở hình 11 đợc nối liền với 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. .. sau thời gian tác động không tăng trởng đến trị số bằng 1/212 0,025% dải đo Một sai số động khác gây ra bởi độ bất định thời gian (khe) tA của điểm lấy mẫu kéo theo độ bất định của giá trị U của điện áp mẫu (hình 12) Thời gian của khe chỉ tạo ra một độ trễ cố định Khi tính toán sai số cực đại ta giả thiết rằng tín hiệu vào là hình sin có tần số bằng tần số cực đại cho phép f MAX Độ nghiêng lớn nhất . #+S$ Bài viết này sẽ trình bày lý thuyết tổng quan và phân tích các kĩ thuật biến đổi đồng thời đánh giá sai số trong biến đổi tương tự - số ADC. I. Tæng quan vÒ biÕn ®æi t¬ng tù-sè (ADC) H["@#. BD<' Rf@B*KZA"@'.U#N,#>S# A"&DY. F[0(D<BC'.B:~F$ III. Sai số trong biến đổi tơng tự số (ADC) 3.1. Sai số tĩnh yFH R& S " R&S #N " G'AW*'I@&"@"$ .  môc lôc I. Tæng quan vÒ biÕn ®æi t¬ng tù-sè (ADC) 3 I. Tæng quan vÒ biÕn ®æi t¬ng tù-sè (ADC) 3 II. C¸c ph¬ng ph¸p biÕn ®æi t¬ng tù