Mạch chuyển đổi tín hiệu ADC và DAC
Trường Cao Đẳng Công Thương TP.HCM Khoa Điện-Điện Tử Bộ Môn : Thiết Bị Tự Động Đề Tài: Mạch chuyển đổi tín hiệu ADC DAC GV: Hồ Hoài Nam SV: Nhóm 11 Thành phố HCM ngày 20 tháng năm 2015 NỘI DUNG CHÍNH Bao gồm từ Analog sang Digital từ Digital sang Analog Ứng Dụng hướng phát triển Chuyển đổi số - tương tự DAC (Digital to Analog Converter) Chuyển đổi số sang tương tự tiến trình lấy giá trị biểu diễn dạng mã số ( digital code ) chuyển đổi thành mức điện dòng điện tỉ lệ với giá trị số ÐỘ PHÂN GIẢI ĐỘ CHÍNH TRẠNG THÁI ĐƠN ĐIỆU XÁC DAC THỜI GIAN ỔN ĐỊNH SAI SỐ LỆCH ÐỘ PHÂN GIẢI Độ phân giải (resolution) biến đổi DAC định nghĩa thay đổi nhỏ xảy đầu tương tự kết qua thay đổi đầu vào số Với Afs đầu cực đại ( đầy thang ) N số bit Với mã đầu vào nhị phân N bit ta có tổng số bậc 2N – bậc ĐỘ CHÍNH XÁC Có nhiều cách đánh giá độ xác Hai cách thông dụng : Sai số toàn thang Sai số tuyến tính SAI SỐ LỆCH Theo lý tưởng đầu DAC 0V tất đầu vào nhị phân toàn bit Tuy nhiên thực tế mức điện cho trường hợp nhỏ, gọi sai số lệch ( offset error) Sai số không điều chỉnh cộng vào đầu DAC dự kiến tất trường hợp THỜI GIAN ỔN ĐỊNH Thời gian ổn định (settling time) thời gian cần thiết để đầu DAC từ zero đến bậc thang cao đầu vào nhị phân biến thiên từ chuỗi bit toàn đến chuổi bit toàn Thực tế thời gian ổn định thời gian để đầu vào DAC ổn định phạm vi ±1/2 kích thước bậc thang (độ phân giải) giá trị cuối Bộ Chuyển Đổi ADC Bộ chuyển đổi tương tự sang số – ADC (Analog to Digital Converter) lấy mức điện vào tương tự sau thời gian sinh mã đầu dạng số biểu diễn đầu vào tương tự Xung lệnh Start khởi động hoạt động hệ thống số nhị phân ghi DAC chuyển đổi thành mức điện tương tự VAX Bộ so sánh VAX với đầu vào trương tự VA Nếu VAX < VA đầu so sánh lên mức cao Nếu VAX > VA khoảng VT (điện ngưỡng), đầu dra so sánh xuống mức thấp ngừng tiến trình biến đổi số nhị phân ghi Các tiêu kỹ thuật chủ yếu ADC Độ phân giải: Độ phân gải ADC biểu thị số bit tín hiệu số đầu Số lượng bit nhiều sai số lượng tử nhỏ, độ xác cao Dải động, điện trở đầu vào: Mức logic tín hiệu số đầu khả chịu tải (nối vào đầu vào) Độ xác tương đối : Nếu lý tưởng hóa tất điểm chuyển đổi phải nằm đường thẳng Độ xác tương đối sai dsố điểm chuyển đổi thực tế so với đặc tuyến chuyển đổi lý tưởng Ngoài yêu cầu ADC không bị bit toàn phạm vi công tác Tốc độ chuyển đổi : Tốc độ chuyển đổi xác định thời gian thời gian cần thiết hoàn thành lần chuyển đổi A/D Thời gian tính từ xuất tín hiệu điều khiển chuyển đổi đến tín hiệu số đầu ổn định Hệ Số nhiệt độ: Hệ số nhiệt độ biến thiên tương đối tín hiệu số đầu nhiệt độ biến đổi 10C phạm vi nhiệt độ công tác cho ph ép với điều kiện mức tương tự đầu vào không đổi Tỉ số phụ thuộc công suất : Giả sử điện áp tương tự đầu vào không đổi, nguồn cung cấp cho ADC biến thiên mà ảnh hưởng đến tín hiệu số đầu lớn tỉ số phụ thuộc nguồn lớn Các bước chuyển đổi Định lý lấy mẫu Đối với tín hiệu tương tự VI tín hiệu lấy mẫu VS sau trình lấy mẫu khôi phục trở lại VI cách trung thực điều kiện sau thỏa mản: fS ³ 2fImax (10) Trong fS : tần số lấy mẫu fImax : giới hạn giải tần số tương tự Hình 5.17 biểu diển cách lấy mẫu tín hiệu tương tự đầu vào Nếu biểu thức (10) thỏa mản ta dùng tụ lọc Lượng tử hóa mã hóa : Tín hiệu số rời rạc thời gian mà không liên tục biến đổi giá trị Một giá trị tín hiệu số phải biểu thị bội số nguyên lần giá trị đơn vị đó, giá trị nhỏ chọn Nghĩa dùng tín hiệu số biểu thị điện áp lấy mẫu phải bắt điện áp lấy mẫu hóa thành bội số nguyên lần giá trị đơn vị Mạch lấy mẫu nhớ mẫu Khi nối trực tiếp điện tương tự với đầu vào ADC, tiến trình biến đổi bị tác động ngược điện tương tự thay đổi tiến trình biến đổi Ta cải thiện tính ổn định tiến trình chuyển đổi cách sử dụng mạch lấy mẫu nhớ mẫu để ghi nhớ điện tương tự không đổi chu kỳ chuyển đổi diễn ADC dạng sóng bậc thang Phiên đơn giản lớp ADC hình sử dụng đếm nhị phân làm ghi cho phép xung nhịp đẩy đếm tăng bước, VAX > VA Đây gọi ADC sóng dạng bậc thang, dạng sóng VAX có bậc lên Người ta gọi ADC loại đếm ADC liên tiếp - xấp xỉ Bộ chuyển đổi liên tiếp - xấp xỉ ( Successive Approximation Convetr-SAC) loại ADC thông dụng SAC có sơ đồ phức tạp nhiều so với ADC dạng sóng bậc thang Ngoài SAC có giá trị tC cố định, không phụ thuộc vào giá trị đầu vào tương tự ADC nhanh Bộ chuyển đổi nhanh (flash converter) ADC tốc độ cao có mặt thị trường, sơ đồ mạch phức tạp loại khác Ví dụ ADC nhanh bit đòi hỏi 63 so sánh tương tự, ADC nhanh bit số lên đến 255, 10 bit lên đến 1023 Như số lượng so sánh lớn giới hạn kích cỡ ADC nhanh Các ứng dụng chuyển đổi ADC/DAC Điều chỉnh ổn định vị trí vật 2, hiển thị nhiệt độ 3, tích hợp vô ic