Kỹ thuật số Digital Electronis - Chương 10

Kỹ thuật số là môn học nghiên cứu về các mức logic số phương pháp biểu diễn tối thiểu hoá bài toán về tín hiệu số, nghiên cứu các mạch số cơ bản: mạch tổ hợp, mạch dãy.

11Chương 10Kếtnốivớimạch tương tựTh.S Đặng NgọcKhoaKhoa Điện-ĐiệnTử2Kếtnốivớimạch tương tựTransducer: biến đổi đạilượng vật lý thành tín hiệu điệnAnalog-to-digital converter (ADC)Digial system: xử lý tín hiệuDigital-to-analog converter (DAC)Thựcthikếtquá 23Biến đổiD/ANhiềuphương pháp ADC sử dụng DACVrefđượcsử dụng để xác định ngõ ra full-scale.Trong trường hợptổng quát, ngõ ra analog = K x giá trị số ngõ vào4Biến đổiD/ADAC 4 bit, ngõ ra điệnáptương tự 35Ngõ ra tương tựNgõ ra củabộ biến đổi DAC không hoàntoàn là tín hiệuanalog bởivìnóchỉ xácđịnh ở mộtsố giá trị nhất định.Vớimạch trên, ngõ ra chỉ có thể có nhữnggiá trị, 0, 1, 2, …, 15 volt.Khi số ngõ vào tăng lên thì tín hiệungõracàng giống vớitínhiệutương tự.6BướcnhảyBướcnhảycủabộ biến đổi D/A được địnhnghĩalàkhoảng thay đổinhỏ nhấtcủangõrakhi có sự thay đổigiátrị ngõ vào.Bộ biến đổiD/A N bit: số mứcngõrakhácnhau =2^N, số bướcnhảy=2^N-1Bướcnhảy= K = Vref/(2^N-1) 47BướcnhảyBướcnhảy= 1 volt8Ví dụ 10-1Cầnsử dụng bộ DAC bao nhiêu bit để có thểđiềukhiển motor thay đổitốc độ mỗi2 vòng.1000rpm/2rpm(per step) = 500 steps2N -1 >500 steps. Suy ra N = 9? 59Ngõ vào BCDTrọng số củanhững ngõ vào khác nhauNgõ vào 2 số BCD10Mạch đảoMạch không đảoViMạch biến đổiD/ATính chấtcủaOpampVo/Vi= 1+R2/R1Rin= infinityVo/Vi= - R2/R1Rin= R1 611V1V2V3R1R2R3RfMạch biến đổiD/ATrọng số củanhững ngõ vào khác nhauVo= -Rf(V1/R1+ V2/R2+ V3/R3) 12Mạch biến đổiD/ABướcnhảy= |5V(1K/8K)| = .625VMax out = 5V(1K/8K + 1K/4K + 1K/2K + 1K/1K) = -9.375V 713Bộ DAC 4 bit14DAC với ngõ ra dòng điệnBiến đổidòngsang áp 815Mạch biến đổiD/AVớinhững mạch biến đổ D/A ở trên, trọngsố các bit đượcxácđịnh dựavàogiátrịcủacácđiệntrở.Trong mộtmạch phảisử dụng nhiều điệntrở vớinhững giá trị khác nhauBộ DAC 12 bitĐiệntrở MSB = 1KĐiệntrở LSB = 1x212= 2MMạch sau chỉ sử dụng 2 giá trịđiệntrở16Mạch biến đổiD/ADAC R/2R 917DAC – Thông số kỹ thuậtNhiềubộ DAC đượctíchhợpvàotrongnhững IC, mộtsố thông số tiêu biểucủanóResolution: bướcnhảycủabộ DACAccuracy: sai số sai số củabộ DACOffset error: ngõ ra củaDAC khitấtcàngõvàobằng 0Settling time: thờigianyêucầu để DAC thựchiệnbiến đổi khi ngõ vào chuyển đổitừ trạngthái all 0 đếntrạng thái all 118IC DACAD7524 (Figure 11-9)CMOS IC8 bit D/ASử dụng R/2RMax settling time: 100 nsFull range accuracy: +/- 0.2% F.S. 1019IC DAC•Khi ngõ vào CS và WR ở mứcthấp, OUT1 là ngõ ra analog. •Khi cả 2 ở mứccao, OUT1 đượcchốtvàgiátrị nhị phân ngõ vàokhông đượcbiến đổi ở ngõ ra. •OUT2 thông thường đượcnối đất20Ứng dụng DACControlSử dụng ngõ ra số của máy tính để điềuchỉnh tốc độ của motor hay nhiệt độ.Automatic testingTạotínhiệutừ máy tính để kiểmtramạchannalogSignal reconstructionTái tạotínhiệuanalog từ tín hiệusố. Ví dụ hệthống audio CDA/D conversion [...]... do tầnsố lấymẫukhơngđúng  GiớihạnNyquist  Tầnsố lấymẫuphảiítnhấtlớnhơn2 lầntầnsố cao nhấtcủatínhiệu ngõ vào.  Lấymẫu ở tầnsố nhỏ hơn2 lầntầnsố ngõ vào sẽ tạonênkếtquả sai khi khơi phụctínhiệu. 30 Q trình lấymẫukhơngđúng 4 7 Bướcnhảy  Bướcnhảy= 1 volt 8 Ví dụ 1 0-1  Cầnsử dụng bộ DAC bao nhiêu bit để có thể điềukhiển motor thay đổitốc độ mỗi2 vịng. 100 0rpm/2rpm(per step) = 500 steps 2 N -1 >500... IC 32 Successive-approximation ADC 9 17 DAC – Thơng số kỹ thuật  Nhiềubộ DAC đượctíchhợpvàotrong những IC, mộtsố thơng số tiêu biểucủanó  Resolution: bướcnhảycủabộ DAC  Accuracy: sai số sai số củabộ DAC  Offset error: ngõ ra củaDAC khitấtcàngõvào bằng 0  Settling time: thờigianyêucầu để DAC thực hiệnbiến đổi khi ngõ vào chuyển đổitừ trạng thái all 0 đếntrạng thái all 1 18 IC DAC  AD7524 (Figure 1 1-9 )  CMOS... R/2R  Max settling time: 100 ns  Full range accuracy: + /- 0.2% F.S. 2 3 Biến đổiD/A  Nhiềuphương pháp ADC sử dụng DAC  V ref đượcsử dụng để xác định ngõ ra full- scale.  Trong trường hợptổng quát, ngõ ra analog = K x giá trị số ngõ vào 4 Biến đổiD/A  DAC 4 bit, ngõ ra điệnáptương tự 6 11 V1 V2 V3 R1 R2 R3 Rf Mạch biến đổiD/A  Trọng số củanhững ngõ vào khác nhau V o = -R f (V 1 /R 1 + V 2 /R 2 +... V 3 /R 3 ) 12 Mạch biến đổiD/A Bướcnhảy= |5V(1K/8K)| = .625V Max out = 5V(1K/8K + 1K/4K + 1K/2K + 1K/1K) = -9 .375V 19 37 Flash ADC  Tốc độ biến đổicao  Mạch phứctạphơn nhiều  Flash ADC 6 bit yêu cầu 63 bộ so sánh tương tự  Flash ADC 8 bit yêu cầu 255 bộ so sánh tương tự  Flash ADC 10 bit yêu cầu 102 3 bộ so sánh tương tự  Thờigianbiến đổi–khơngsử dụng xung clock do vậyqtrìnhbiến đổilàliêntục. Thờigian biến... đổi–khơngsử dụng xung clock do vậyqtrìnhbiến đổilàliêntục. Thờigian biến đổirấtngắnchỉ khoảng 17 ns.  Bộ biến đổiflash 3 bit đượcmiêutả như hình sau 38 Flash ADC 3 bit 14 27 Sai số lượng tử  Có thể giảmsaisố lượng tử bằng cách tăng số bit nhưng khơng thể loạibỏ hồn tồn 28 Khơi phụctínhiệu  Sau khi kết thúc một q trình ADC ta sẽ có giá trị nhị phân củamộtmẫu.  Q trì khơi phụctínhiệu analog như sau 7 13 Bộ... V AX vớiV A . Khi V AX < V A , ngõ ra bộ so sánh ở mứccao. When V AX > V A , ngõ ra có mứcthấp, q trình biến đổikết thúc, giá trị nhị phân nằm trong thanh ghi.  Bộ phận điềukhiểnsẽ phát ra tín hiệuend-of- conversion signal, EOC. . – Thông số kỹ thuật Nhiềubộ DAC đượctíchhợpvàotrongnhững IC, mộtsố thông số tiêu biểucủanóResolution: bướcnhảycủabộ DACAccuracy: sai số sai số củabộ. vào.Bộ biến đổiD/A N bit: số mứcngõrakhácnhau =2^N, số bướcnhảy=2^N-1Bướcnhảy= K = Vref/(2^N-1) 47BướcnhảyBướcnhảy= 1 volt8Ví dụ 1 0-1 Cầnsử dụng bộ DAC bao