Giáo trình điện tử tương tự smith n studio

1 CHỈÅNG CẠC MẢCH TÊNH TOẠN, ÂIÃƯU KHIÃØN V TẢO HM DNG KHÚCH ÂẢI THÛT TOẠN o Chỉång ny nhàòm giåïi thiãûu viãûc ỉïng dủng mảch khúch âải thût toạn i d u (KÂTT) cạc mảch khúch âải, toạn, âiãưu khiãøn, tảo hm Kho sạt cạc mảch cäüng, trỉì, nhán chia, khai càn, mảch khúch âải loga v âäúi loga, mảch vi, têch phán, PD,PID, mảch chènh lỉu chênh xạc, mảch so sạnh tỉång tỉû 1.1 Khaïi niãûm chung t S Hiãûn nay, caïc bäü khúch âải thût toạn (KÂTT) âọng vai tr quan trng v âỉåüc ỉïng dủng räüng ri k thût khúch âải, toạn, âiãưu khiãøn, tảo hm, tảo tên n e y hióỷu hỗnh sine vaỡ xung, sổớ duỷng äøn ạp v cạc bäü lc têch cỉûc Trong k thût mảch tỉång tỉû, cạc mảch toạn v âiãưu khiãøn âỉåüc xáy dỉûng ch úu dỉûa trãn bäü KÂTT Khi thay âäøi cạc linh kiãûn màõc mảch häưi tiãúp ta s cọ âỉåüc cạc mảch u g toạn v âiãưu khiãøn khạc Cọ dảng mảch toạn v âiãưu khiãøn : tuún v phi tuún Tuún : cọ mảch häưi tiãúp cạc linh kiãûn cọ hm truưn âảt tuún N Phi tuún : cọ mảch häưi tiãúp cạc linh kiãûn cọ hm truưn phi tuún h it Vãư màût k thût, âãø tảo hm phi tuún cọ thãø dỉûa vo mäüt cạc ngun tàõc sau âáy : Quan hãû phi tuyãún Volt - Ampe cuía màût ghẹp pn ca diode hồûc BJT m S phán cỉûc thûn (mảch khúch âải loga) Quan hãû phi tuún giỉỵa âäü däúc ca âàûc tuún BJT lỉåỵng cỉûc v dng Emitå (mảch nhán tỉång tỉû) Lm gáưn âụng âàûc tuún phi tuún bàòng nhỉỵng âoản thàóng gáúp khục (cạc mảch tảo hm dng diode) Thay âäøi cỉûc ca âiãûn ạp âàût vo phán tỉí têch cỉûc lm cho dng âiãûn thay âäøi (khoạ diode, khoạ transistor) 1.2 Cạc mảch toạn v âiãưu khiãøn 1.2.1 Mảch cäüng âo R1 vin1 RN R2 vin2 vinn i d u vout Rn Hỗnh 1.1 Sồ âäư mảch cäüng âo p dủng quy tàõc dng âiãûn nụt cho N ta cọ : v v in1 v in v + + + inn + out = R2 Rn RN R1 n e y ⎞ ⎛R R R ⇒ v out = −⎜⎜ N v in1 + N v in + + N v inn ⎟⎟ R1 Rn ⎠ ⎝ R1 t S 1.2.2 Mảch khúch âải âo våïi tråí khạng vo låïn u g RN R1 vin m S h it N vout R2 R3 v3 Hỗnh 1.2 Sồ õọử maỷch khuóỳch õaỷi õaớo vồùi trồớ khaùng vaỡo lồùn Vióỳt phổồng trỗnh dng âiãûn cho nụt N: M vin v3 + =0 R1 R N v = v out R3 R2 + R3 ⇒ − v out = (âiãöu kiãûn RN ≥ R3) RN R (1 + ) v in R3 R1 ⇒ hãû säú khúch âải ca mảch : K’ = RN R (1 + ) R1 R3 o Trỉåìng håüp u cáưu hãû säú khúch õaỷi lồùn thỗ phaới choỹn R1 nhoớ Luùc õoù trồớ khạng vo ca mảch ZV = R1 nh Cọ thãø khàõc phủc nhỉåüc âiãøm âọ bàòng cạch chn R1 = RN R låïn Do âọ K’ chè cn phủ thüc vo , cọ thãø tàng t säú ny ty m váùn khäng R3 o nh hỉåíng âãún tråí khạng vo ZV = R1 = RN ca mảch Våïi cạc cáúu tảo váûy cọ thãø tàng thãm säú âáưu vo âãø thỉûc hiãûn cạc mảch cäüng hồûc mảch trỉì cọ tråí khạng vo låïn 1.2.3 Mảch trỉì i d u RN R1 vin1 vout vin2 R2 Rp n e y Hỗnh 1.3 Sồ õọử maỷch trổỡ ióỷn ạp åí cỉía vo thûn : v P = v in v N = (vin1 − v out ) h it RP R RP + P a u g Âiãûn ạp åí cỉía vo âo : N t S RN + v out RN RN + a Vỗ vd = vp - vN = ⇒ vp = vN ⇒ vin2 m S RN RP = ( vin1-vout) + vout RP RN RP + RN + a a ⇒ vout = a (vin2-vin1) (Nãúu RN = RP) 1.2.4 Mảch trỉì våïi tråí khạng vo låïn Vín2 vout Vin1 R KR R/n Hỗnh 1.4.a Sồ õọử maỷch trổỡ coù mọỹt ngoợ vaỡo trồớ khaùng lồùn Vióỳt phổồng trỗnh dng âiãûn nụt cho nụt N1 v N2 ta cọ : v in1 − v N v N v out − v N − + = Maì vN = vin2 R R KR n ⇒ vin1-vin2 = nvin2 + v out − v in =0 K i d u ⇒ Kvin1 - (n + 1) Kvin2 + vout - vin2 = ⇒ vout = vin2 + K(n + 1) vin2 -Kvin1 ⇒ vout = (1 + K + nK) vin2 -Kvin1 t S o Hãû säú cuía Vin2 luän luän låïn hån hãû säú cuía Vin1 ⇒ mảch khäng tảo âỉåüc âiãûn ạp cọ dảng : K (Vin2 -Vin1) Tråí khạng vo ca cỉía P låïn (Zv = rd), nãn khäng yãu cáöu nguäön vin2 coï cäng suáút låïn n e y v3 vin1 R3 N1 u g R1 h it N vin2 N2 R3 R1 R2 vout Hỗnh 1.4.b Sồ õọử maỷch trổỡ coù hai ngoợ vaỡo trồớ khaùng õóửu lồùn Hỗnh 1.4.b trỗnh by mảch âiãûn cọ tråí khạng vo ca c hai cỉía (cỉía vin1 v vin2) âãưu låïn m S Viãút phổồng trỗnh doỡng õióỷn nuùt cho N1 vaỡ N2 ta coï : Suy ra: ⎧ v3 − vin1 vin − vin1 − vin1 + + =0 ⎪ R R R ⎪ ⎨ ⎪ v3 − vin + v out − vin + vin1 − vin = ⎪⎩ R R2 R1 vout = (1 + R2 R + 2R )(vin2 -vin1) R 1R Ta tháúy tråí khạng vo ca c hai cỉía âãưu låïn v bàòng rd ca KÂTT Cọ thãø thay R + 2R âäøi âỉåüc hãû säú khuãúch âaûi K’ = + R2 thay âäøi R1 R 1R K = Kmin R1 = ∞ R2 )(vin2 -vin1) R3 Lục âọ: vout = (1 + Vỗ R2 0, R3 ∞ nãn K’ > i d u 1.2.5 Maûch tảo âiãûn ạp cọ cỉûc thay âäøi R1 R1 vin1 R2 qR2 n e y t S vout o Hỗnh 1.5 Sồ õọử maỷch taỷo õióỷn aùp cọ cỉûc thay âäøi v − v out v + v out + vout = in1 vN = in1 2 u g Ta coï : vP = q vin1 N v P = vN Vỗ : h it v in1 + v out = qvin1 ⇒ vout = (2q - 1)vin1 Khi thay âäøi tiãúp âiãøm trãn chiãút ạp R2 ta cọ hãû säú ca vout lục dỉång, lục ám Khi q = 1/2 ⇒ vout = màûc duì vin1 ≠ m S Khi q > 1/2 ⇒ vout vaì vin1 cuìng pha Khi q < 1/2 ⇒ vout v vin1 ngỉåüc pha 1.2.6 Mảch têch phán âo iC R vin1 i1 vout Hỗnh 1.6.a Sồ õọử maỷch tờch phỏn õaớo Phổồng trỗnh doỡng õióỷn nuùt taỷi N: i1 + ic = hay Suy dv vin1 + C out = dt R t 1 vout = − vin1 (t).dt = − vin1 (t)dt + vout(t = 0) RC RC ∫ ∫ i d u ⇒ âiãûn aïp tè lãû våïi têch phán âiãûn ạp vo Thỉåìng chn hàòng säú thåìi gian τ = RC = 1s vout (t = 0) l âiãưu kiãûn âáưu, khäng phủ thüc vo âiãûn ạp vo vin1 t S Nãúu vin1 laỡ õióỷn aùp xoay chióửu hỗnh sin: vin1 = Vin1 sint thỗ: vout = V Vin1.sint.dt = in1 cosωt = Vout cosωt RC ωRC ∫ n e y ⇒ biãn âäü âiãûn ạp t lãû nghëch våïi táön säú Âàûc tuyãún biãn âäü - táön säú ca mảch têch phán : o Vout = f (ω) cọ âäü däúc - 20dB/decade Vin1 u g Mảch âỉåüc gi l mảch têch phán mäüt phảm vi táưn säú no âọ nãúu phảm vi táưn säú âọ âàûc tuún biãn - táưn ca gim våïi âäü däúc 20dB/decade N Âãø gim nh hỉåíng ca dng ténh It v âiãûn ạp lãûch khäng cọ thãø gáy sai säú âạng kãø cho mảch têch phán, åí cỉía thûn ca bäü KÂTT ngỉåìi ta màõc thãm mäüt âiãûn tråí thay âäøi âỉåüc R1 v näúi xúng masse m S h it C R vin1 vout R1 Hỗnh 1.6.b Mảch têch phán âo cọ biãún tråí R1 b dng lãûch khäng Âiãöu chènh R1 cho R1 ≅ R thỗ giaớm õổồỹc taùc duỷng cuớa doỡng õióỷn lóỷch khọng Io = IP - IN v âiãûn ạp lãûch khäng vo = vP - vN (khi vout = 0) 1.2.7 Maûch têch phán täøng C R1 vin1 vin2 R2 vinn vout Rn i d u RP Hỗnh 1.7 Sồ âäư mảch têch phán täøng t S o Dng phổồng phaùp xóỳp chọửng vaỡ vióỳt phổồng trỗnh doỡng õióỷn nuùt õọỳi vồùi nuùt N ta tỗm õổồỹc: vinn ⎛ vin1 vin ⎜ ⎟dt + + + R n ⎟⎠ C ∫ ⎜⎝ R1 R vout = − 1.2.8 Maûch têch phán hiãûu n e y CN u g R1 vin1 vin2 h it N R2 vout CP Hỗnh 1.8 Sồ õọử maỷch tờch phỏn hióỷu Vióỳt phổồng trỗnh õọỳi vồùi nuùt N : m S Âäúi våïi nuït P : v in1 − v N d ( v out − v N ) + CN =0 R1 dt (1) dv v in − v P − CP P = R2 dt (2) Biãún âäøi vaì cho vN = vP, R1CN = R2CP = RC (1) ⇒ vin1 - vN = - R1CN (2) ⇒ vin2 - vP = R2CP Suy ra: dv out dv + R 1C N N dt dt dv P dt vin2 - vin1 = RC dv out dt ⇒ vout = ( vin − vin1 )dt RC ∫ 1.2.9 Maûch vi phỏn RN C1 vin1 i d u vout Hỗnh 1.9 Så âäư mảch vi phán Ta cọ : i = C1 dv in1 v out = dt RN n e y dv ⇒ vout = - RNC1 in1 dt giaí thiãút: vin1 = Vin1 sinωt t S o ⇒ vout = -RNC1ωVin1cosωt = -Voutcosωt u g Hãû säú khuãúch âải ca mảch: K’ = Vout = ωRNC1 Vin1 K’ tàng theo táưn säú v âäư thë bode cọ âäü däúc 20dB/decade N Váûy : Mảch âỉåüc gi l mảch vi phán mäüt phảm vi táưn säú no âọ nãúu phảm vi táưn säú âọ âàûc tuún biãn - táưn ca tàng våïi âäü däúc 20dB/decade 1.2.10 Maûch PI (Proportional Integrated) m S h it RN i1 v1 C iN vin R1 N vout Hỗnh 1.10.a Sồ âäư mảch PI Mảch thỉåìng âỉåüc sỉí dủng cạc mảch âiãưu khiãøn Mảch cọ âiãûn ạp âỉåüc biãøu diãùn theo daûng: vout = Avin + B ∫ v in dt Aẽp duỷng phổồng trỗnh cỏn bũng doỡng taỷi N: i1 + iN = ⇒ iN = -i1 = - vin/R1 (1) i in dt + R N i N (2) C∫ v in dt ⇒ vout = - RN/R1vin R 1C ∫ Màût khaïc: vout = vc + v1 = Thay (1) vaìo (2) Gi sỉí vin = Vincosωt ⇒ v out = − RN V Vin cos ωt − in sin ωt = Vout cos(ωt + Φ ) R1 ωR 1C i d u ⇒ Âàûc tuyãún biãn táön: K' = Âàût: ωo = Vout 1 ω R 2N C + 1 R 2N + 2 = = = Vin R1 ωC R1 ω 2C R1 R NC Khi > ωo ⇒ K ' ≈ N ⇒ Maûch mang cháút khúch âải nhiãưu hån (tỉång ỉïng R1 m S våïi khu vỉûc P) Khu vỉûc trung gian l khu vỉûc chuyãøn tiãúp 1.2.11 Maûch PID (Proportional Integrated Differential) R RN v1 C iN Vin R1 N Hỗnh 1.11.a Sồ õọử mảch PID Vout 10 PID cng l mảch hay âỉåüc sỉí dủng k thût âiãưu khiãøn âãø måí räüng phảm vi táưn säú âiãưu khiãøn ca mảch v nhiãưu trỉåìng håüp tàng äøn âënh ca hãû thäúng âiãưu khiãøn mäüt di táưn säú räüng dvin dt v in dv in Tổỡ phổồng trỗnh doỡng õióỷn nuùt taûi N: + C1 + iN = R1 dt Vaỡ phổồng trỗnh õióỷn aùp trón nhaùnh ra: v out = i N R N + i N dt CN ∫ v out = Avin + B∫ vin dt + C Âiãûn ạp cọ dảng: i d u Thay (1) vaìo (2): v out Suy ra: v out ⎛v dv ⎞ dv in ⎞ ⎛ v in ⎜ ⎟⎟dt = −⎜⎜ in + C1 in ⎟⎟R N + C + ∫ ⎜R R dt C dt N ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎛R C ⎞ dv = −⎜⎜ N + ⎟⎟ v in − v in dt − R N C1 in ∫ R NCN dt ⎝ R1 CN ⎠ (1) t S (2) o (*) * ÅÍ táưn säú thỏỳp > N = thỗ thnh pháưn vi phán (*) chiãúm ỉu thãú R C1 n e y ⎛ R N C1 ⎞ ⎟⎟ v in chiãúm æu thãú + R C N ⎠ ⎝ • Trong di: ω N < ω < thỗ thaỡnh phỏửn khuóỳch õaỷi u g Do âọ âàûc tuún biãn táưn ca mảch cọ dảng nhổ hỗnh veợ: log K m S h it N I I: têch phán P: tè lãû D: vi phán D P N log Hỗnh 1.11.b ỷc tờnh biãn táưn mảch PID 1.3 Cạc mảch khúch âải v toạn phi tuún liãn tủc 1.3.1 Mảch khúch âải Loga D R vin vout Hỗnh 1.12.a Sồ õọử maỷch khúch âải Loga dng Diode 80 + Âäü phán biãût âỉåüc âàûc trỉng båíi säú bit N Gi sỉí mäüt ADC cọ säú bit åí âáưu l N → cọ thãø phán biãût âỉåüc 2N mỉïc di âiãûn ạp vo ca Chàóng hản N = 12 → cọ 212 = 4096 mỉïc o Âäü phán biãût ca mäüt ADC âỉåüc k hiãûu l Q v âỉåüc xạc âënh theo biãøu thỉïc : Q = VLSB = i d VAM 2N −1 + Dỉûa vo âỉåìng âàûc tuyóỳn truyóửn õaỷt lyù tổồớng vaỡ thổỷc cuớa ADC (hỗnh 6.2) ta tháúy : u t S - Âàûc tuyãún l tỉåíng l mäüt âỉåìng báûc thang âãưu v cọ õọỹ dọỳc trung bỗnh laỡ - ỷc tuyóỳn thổỷc l mäüt âỉåìng báûc thang khäng âãưu nh hỉåíng ca sai säú khúch âải, ca mẹo phi tuún, v cuía sai säú âån âiãûu 6.2.3 Täúc âäü chuyãøn âäøi n e y u Cho biãút kãút quaí chuyãøn âäøi 1s, âỉåüc gi l táưn säú chuøn âäøi fc Mọỹt ADC coù tọỳc õọỹ chuyóứn õọứi cao thỗ õọỹ chênh xạc gim v ngỉåüc lải Nghéa l u cáưu vãư âäü chênh xạc v täúc âäü chuøn âäøi máu thùn våïi Ty theo u cáưu sỉí dủng, phi tỗm caùch dung hoỡa caùc yóu cỏửu õoù mọỹt caùch håüp l nháút 6.3 Ngun tàõc lm viãûc ca ADC g N Ngun tàõc lm viãûc ca ADC âỉåüc minh theo så âäư : Mảch láúy máùu h it ADC Lổồỹng tổớ hoùa Maợ hoùa m S Hỗnh 6.3 Âäư thë thåìi gian ca âiãûn ạp vo v mảch láúy máùu VD 81 Trỉåïc hãút tên hiãûu tỉång tỉû VA âỉåüc âỉa âãún mảch láúy máùu Mảch ny cọ nhiãûm vủ: o - Láúy máùu tên hiãûu tỉång tỉû tải nhỉỵng thåìi âiãøm khạc v cạch âãưu (råìi rảc họa tên hiãûu vãư màût thåìi gian) i d - Giỉỵ cho biãn âäü âiãûn ạp tải cạc thåìi âiãøm láúy máùu khäng âäøi quaù trỗnh chuyóứn õọứi tióỳp theo (tổùc laỡ quaù trỗnh lổồỹng tổớ hoùa vaỡ maợ hoùa) Tờn hióỷu ca mảch láúy máùu âỉåüc âỉa âãún mảch lỉåüng tỉí họa âãø thỉûc hiãûn lm trn våïi âäü chênh xạc bũng Q u t S Vỏỷy quaù trỗnh lổồỹng tổớ hoùa thổỷc chỏỳt laỡ quaù trỗnh laỡm troỡn säú Lỉåüng tỉí họa âỉåüc thỉûc hiãûn theo ngun tàõc so sạnh, tên hiãûu cáưn chuøn âäøi âỉåüc so sạnh våïi mäüt loảt cạc âån vë chøn Q n e y u Sau mảch lỉåüng tỉí họa l mảch m họa Trong mảch m họa, kãút qu lỉåüng tỉí họa âỉåüc sàõp xãúp lải theo mäüt tráût tỉû nháút âënh phủ thüc vo loải m u cáưu trãn âáưu bäü chuøn âäøi Phẹp lỉåüng tỉí họa v m họa gi chung l phẹp biãún âäøi AD 6.4 Cạc phỉång phạp chuøn âäøi tỉång tỉû -säú g N Phán loải : cọ nhiãưu cạch phán loải ADC Cạch phán loải hay dng hån c l phán loải theo quạ trỗnh chuyóứn õọứi vóử mỷt thồỡi gian Noù cho pheùp phaïn âoaïn mäüt caïch täøng quaït täúc âäü chuyãøn âäøi Cọ phỉång phạp chuøn âäøi sau : + Chuøn âäøi song song : Tên hiãûu tæång tæû âæåüc so sạnh cng mäüt lục våïi nhiãưu giạ trë chøn Do âọ táút c cạc bit âỉåüc xạc âënh âäưng thåìi v âỉa âãún âáưu h it + Chuøn âäøi nọỳi tióỳp theo maợ õóỳm : Quaù trỗnh so saùnh âỉåüc thỉûc hiãûn tỉìng bỉåïc theo quy lût m âãúm Kãút qu chuøn âäøi âỉåüc xạc âënh bàòng cạch âãúm säú lỉåüng giạ trë chøn cọ thãø chỉïa âỉåüc giạ trë tên hiãûu tỉång tỉû cáưn chuøn âäøi m S + Chuyãøn âäøi song song- näúi tiãúp kãút håüp : Qua mäùi bỉåïc so sạnh cọ thãø xạc âënh âỉåüc täúi thiãøu bit âäưng thåìi 6.4.1 Chuøn âäøi AD theo phỉång phạp song song 82 + Vchøn o - VA S1 + i d FF R UD S2 FF + R Sm R n e y u FF + u t S M HỌA Xung nhëp g N Hỗnh 6.4: Sồ õọử nguyón lyù bọỹ chuyóứn õọứi AD theo phỉång phạp song song Tên hiãûu tỉång tỉû VA âỉåüc âỉa âäưng thåìi âãún cạc bäü so sạnh tỉì S1 âãún Sm åí âáưu vo thỉï hai, âiãûn ạp chøn Uch âỉa vo qua thang âiãûn tråí R (hỗnh 12) Do õoù, õióỷn aùp chuỏứn õỷt vaỡo caùc bäü so sạnh kãư s khạc mäüt lỉåüng khäng âäøi tỉì S1 âãún Sm âáưu ca cạc bäü so sạnh cọ âiãûn ạp vo låïn hån âiãûn ạp chøn láúy trãn thang âiãûn tråí cọ mỉïc logic 1, cạc âáưu cn lải åí mỉïc logic Táút c cạc âáưu âỉåüc näúi våïi mäüt âáưu vo ca cạc cäøng AND Âáưu ca cäøng AND näúi våïi mảch tảo xung nhëp Chè cọ xung nhëp thỗ caùc xung trón õỏửu bọỹ so saùnh mồùi âỉåüc âỉa vo mảch Flip-flop Nhỉ váûy cỉï sau mäüt khong thåìi gian bàòng mäüt chu k xung nhëp lải cọ mäüt tên hiãûu âỉåüc biãún âäøi âỉa âãún âáưu Xung nhởp õaớm baớo cho quaù trỗnh so saùnh kãút thục måïi âỉa tên hiãûu vo bäü nhåï h it m S Âãø âm bo mảch hoảt âäüng äøn õởnh, quaù trỗnh maợ hoùa ồớ bọỹ maợ hoùa phaới kãút thục trỉåïc cọ mäüt chu k xung nhëp måïi Mảch ny cọ ỉu âiãøm l täúc däü chuøn âäøi nhanh (cạc bit tảo âäưng thåìi), sai säú biãún âäøi tháúp, cọ thãø tảo dảng m theo mún Tuy nhiãn, cọ kãút cáúu phỉïc tảp 83 cọ säú linh kiãûn låïn Nãn viãûc ỉïng dủng chè cọ giåïi hản våïi chuøn âäøi AD cọ säú bit nh v täúc âäü cao VA Nhë phán < VA < 0 0 0 0 0 < VA < 0 0 0 0 < VA < 1 0 0 < VA < 1 0 0 < VA < 1 1 0 < VA < 1 1 0 < VA < 1 1 1 u t S = VA 1 1 1 1 1 ặu õióứm : g N n e y u o i d 0 1 0 1 1 Täúc âäü biãún âäøi nhanh, sai säú biãún âäøi tháúp v cọ thãø tảo dảng m theo mún • Nhỉåüc âiãøm : - Kãút cáúu mảch phỉïc tảp våïi säú linh kiãûn khạ låïn - Phỉång phạp ny chè dng cạc ADC u cáưu säú bit N nh v täúc âäü chuøn h it âäøi cao 6.4.2 Phỉång phạp chuøn âäøi näúi tiãúp theo m nhë phán m S VA Vch1 =VAmax/2 TÁƯNG Trỉì S S TÁÖNG TÁÖNG Vch2 =VAmax /4 Vch3 =VAmax /8 21 20 22 Hỗnh 6.5 Bọỹ chuøn âäøi AD näúi tiãúp theo m nhë phán 84 Mäùi táưng bao gäưm mäüt bäü so sạnh, mäüt khọa âiãưu khiãøn v mäüt mảch trỉì Mäüt âáưu vo ca cạc bäü so sạnh l mỉïc âiãûn ạp ngỉåỵng Mỉïc âiãûn ạp ngỉåỵng låïn nháút VA max åí táưng âáưu tiãn v tỉång âỉång våïi bit låïn nháút Åí nhỉỵng táưng sau, âiãûn ạp l VA max VA max ngỉåỵng s l : , ty theo säú táưng sỉí dủng mảch o i d Mảch chuøn âäøi theo phỉång phạp ny cọ säú táưng bàòng säú bit cáưn xạc âënh Mäùi táưng u t S cho mäüt bit Gi xỉí tên hiãûu vo biãún thiãn phảm vi ÷ VA max Tên hiãûu vo s VA max VA max âỉåüc so sạnh våïi õióỷn aùp chuỏứn Vch1 = Nóỳu VA > thỗ ngoợ ca bäü so sạnh 2 (SS) s cho mỉïc logic v lục ny khọa K s âỉåüc näúi tåïi mỉïc âiãûn ạp chøn Vch1 âãø VA max mảch trỉì tên hiãûu Khäúi trỉì s âỉåüc thỉûc hiãûn láúy VA = (VA - Vch1) Kãút quaí cuía VA max Ngỉåüc lải nãúu VA < phẹp trỉì s âỉåüc tiãúp tủc âỉa vo so sạnh åí tỏửng vồùi Vch2 = Vch1 thỗ khoùa K s näúi tåïi mỉïc âiãûn thãú v nhåì váûy ton bäü tên hiãûu VA s âỉåüc so sạnh iãúp åí táưng sau g N n e y u Åí âáy mảch thỉûc hiãûn phỉång phạp biãún âäøi tưn tỉû nãn tiãún âäü biãún âäøi giaím âaíng kãø tàng sọỳ tỏửng Vỗ vỏỷy ồớ phổồng phaùp naỡy, ngổồỡi ta thỉåìng giåïi hản säú táưng l 6.4.3 Chuøn âäøi AD näúi tiãúp dng vng häưi tiãúp h it VA m S SS DAC CÄØNG Nguäön dao âäüng Bäü âãúm thuỏỷn nghởch Kờch khồới Kóỳt quaớ Hỗnh 6.6 Sồ õọử chuøn âäøi AD näúi tiãúp dng vng häưi tiãúp 85 x(t) VA ∆x < h VA ∆x 2N -1 náúc ∆t Vht t T biãún âäøi t1 t2 u t S ti o i d Sai sọỳ t Hỗnh 6.5 ọử thở thồỡi gian bióứu dióựn quaù trỗnh AD n e y u Khi âỉa xung kêch khåíi vo thỗ cọứng õổồỹc mồớ vaỡ bọỹ õóỳm hoaỷt õọỹng õóỳm xung tỉì ngưn dao âäüng Näüi dung ca bäü âãúm s âỉåüc âỉa âãún bäü biãún âäøi AD (ADC âãø biãún âäøi thnh âiãûn ạp häưi tiãúpVht Vht ln ln õổồỹc so saùnh vồùi tờn hióỷu vaỡo VA quaù trỗnh biãún âäøi s diãùn cho âãún tên hiãûu häưi tiãúp cán bàòng våïi tên hiãûu vo v lm âäøi trảng thại g N bäü so sạnh Bäü âãúm laì bäü âãúm thuáûn nghëch Mäùi VA < Vht thỗ seợ õóỳm xuọỳng Vỗ vỏỷy kóỳt thuùc thồỡi gian bióỳn õọứi thỗ tờn hióỷu họửi tióỳp seợ luọn ln dao âäüng xung quanh giạ trë âiãûn ạp vo VA tỉì bäü âãúm ngỉåìi ta láúy kãút qu ca phẹp biãún âäøi AD ny Váûy åí phỉång phạp naìy thåìi gian biãún âäøi (T biãún âäøi) laì mäüt âải lỉåüng thay âäøi v h it phủ thüc vo trë säú ca tên hiãûu vo VA thåìi gian biãún âäøi låïn nháút TBiãún âäøi max tæång æïng våïi VA max nãúu bäü âãúm cọ N bêt, chu k ngưn dao õọỹng laỡ t thỗ : m S TBióỳn õọứi = (2N - 1) ∆t Sai säú ténh ca phẹp biãún âäøi ch úu phủ thüc vo sai säú ca bäü DAC v ca bäü so sạnh Khi mảch hoảt õọỹng khọng coù block choỹn nhồù (Sample and Hold) thỗ sai säú âäüng phủ thüc ch úu vo thåìi gian biãún âäøi M thåìi gian biãún âäøi lải phủ thüc vo VA nãn trỉåìng håüp ny sai säú khäng tuún Váûy nãúu khäng sỉí dủng block chn nhåï thỗ phổồng phaùp naỡy chố thờch hồỹp vồùi caùc tờn hiãûu mäüt chiãưu hay cạc tên hiãûu cọ táưn säú tháúp, biãún thiãn cháûm 86 6.4.4 Chuyãøn âäøi AD theo phỉång phạp âãúm âån gin VC VA ÂÃÚM Taûo nhëp o i d VG Taûo âiãûn aùp rng cổa u t S VD Hỗnh 6.6 Bọỹ chuøn âäøi AD theo phỉång phạp âãúm âån gin n e y u V C R vch g N R1 m S h it VSS1 VC VA t R2 vg VSS2 VC t t Hỗnh 6.7 sồ õọử khọỳi maỷch tảo âiãûn ạp ràng cỉa v âäư thë biãøu diãùn ngun l hoảt âäüng ca mảch t 87 Âiãûn ạp vo VA âỉåüc so sạnh våïi âiãûn ạp chøn dảng ràng cỉa Vc nhåì bäü so sạnh SS1 Khi VA > Vc → VSS = o Khi VA < Vc → VSS = i d Bäü so sạnh (SS2) so sạnh âiãûn ạp ràng cỉa Vc våïi mỉïc (âáút) Sau âọ VSS1 v VSS2 âỉåüc âỉa âãún mảch AND Xung VG cọ âäü räüng t lãû våïi âäü låïn ca âiãûn ạp vo VA våïi gi thiãút xung ràng cỉa Vc cọ âäü däúc khäng âäøi u t S Mảch AND thỉï hai chè cho cạc xung nhëp thåìi gian täưn tải xung VG nghéa laì thåìi gian maì < VA < VC mảch âãúm âáưu s âãúm säú xung nhëp âọ Säú xung ny t lãû våïi âäü låïn ca VA Bäü tảo xung ràng cỉa thỉûc cháút l mảch têch phán n e y u Dng âiãûn ạp chøn mäüt chiãưu Vch âãø nảp cho tủ âiãûn C qua âiãûn tråí R Ta cọ âiãûn ạp : V’C = VC = − Vch Vch t t t ∫ Vch dt = ∫ dt = RC o RC o RC g N R ' Vch VC = =|a|t R1 R Ct Gi sỉí tải t = tm thỗ VC VA, ta coù : Vch V t M ⇒ t M = A R.C RC Vch h it VA = Goüi Z laì säú xung nhëp âãúm âỉåüc thåìi gian tM ⇒ Z = fn.tM Våïi fn : táön säú xung nhëp m S ⇒ Z = fn VA R.C Vch (*) Tỉì (*) ⇒ a) Z tè lãû våïi VA b) Muäún giaím sai sọỳ cho pheùp bióỳn õọứi thỗ phaới choỹn R, C loải täút, táưn säú xung nhëp fn phi låïn, v Vch phi äøn âënh 88 6.4.5 Chuøn âäøi AD theo phỉång phạp têch phán hai sỉåìn däúc C _1 o R K + _ Uch + UA i d Ngưn dao âäüng Mảch logic CÄØNG Flip Flop traìn u t S Bäü âãûm n e y u Kóỳt quaớ Hỗnh 6.8 Bọỹ chuyóứn õọứi AD theo phổồng phạp têch phán sỉåìn däúc VC Gi : t1 : thåìi gian âãúm ỉïng våïi säú xung lm bäü âãúm bë traìn g N t2 : thåìi gian têch âiãûn ạp chøn Vch VC : âiãûn ạp ràng cỉa åí âáưu ca bäü têch phán h it t t1 t2 VSS VSS : âiãûn ạp ca bäü so sạnh Z : säú xung âãúm âỉåüc Âäü däúc Uch tảo Zo : säú xung thåìi gian t0 m S t Vch : âiãûn aïp chuáøn coù cổỷc tờnh nhổ hỗnh veợ VA : õióỷn aùp vaỡo (cổỷc tờnh nhổ hỗnh veợ) Hoaỷt õọỹng cuớa maỷch : ZO Z t Hỗnh 6.9 ọử thở bióứu diãùn ngun l hoảt âäüng ca mảch Åí trảng thại âáưu tiãn, khọa K ln âàût åí vë trê Mảch têch phán s têch phán VA, âọ bäü âãúm s âãúm xung tỉì ngưn dao âäüng chøn táưn säú fn VA âỉåüc têch phán thåìi gian t1 cho âãún bäü âãúm bë traìn (thåìi âiãøm t1) Lục ny mảch logic s âiãưu khiãøn 89 chuøn khọa K sang vë trê v mảch têch phán s tiãúp tủc têch phán Vch nhỉng våïi chiãưu ngỉåüc laỷi vỗ Vch coù cổỷc tờnh ngổồỹc cổỷc tờnh VA Khi tên hiãûu cuía bäü têch phán VC giaím o xuọỳng bũng thỗ maỷch so saùnh seợ âọng cäøng Näüi dung ghi bäü âãúm l kãút qu biãún âäøi Nọ tè lãû våïi thåìi gian têch phán âiãûn ạp chøn t2 i d • Âiãûn ạp nảp cho tủ C thåìi gian t1 nhåì mảch têch phán VA V VCt1 = A t1 RC (1) u t S • Âiãûn ạp nảp cho tủ C thåìi gian t2 theo chiãưu ngỉåüc lải nhåì VA VCt2 = - Vch t2 RC n e y u Trong thåìi gian t2 âiãûn ạp trãn tủ gim xúng bàòng : ⇒ | VCt1| = | VCt2| ⇒ V VA t1 = ch t2 RC RC ⇒ t2 = (2) VA t1 Vch g N Säú xung Zo âãúm âỉåüc thåìi gian t1 : h it Zo = t1.fn ⇒ t1 = Zo fn fn : táön säú ca dao âäüng chøn Do âọ säú xung âãúm âỉåüc ca bäü âãúm nhåì bäü âãúm v âỉa kãút qu thåìi gian t2 : m S Z = t2.fn = VA V Z V t1.fn = A o fn = A Zo Vch Vch f n Vch Váûy näüi dung bäü âãúm tyí lãû våïi âiãûn ạp vo VA cáưn chuøn âäøi Ỉu âiãøm : biãøu thỉïc Z = VA Zo khäng cọ tham säú RC ca mảch v cng khäng Vch phủ thüc vo xung dao âäüng chøn fn phỉång phạp õóỳm õồn giaớn vỗ vỏỷy kóỳt 90 quaớ chuyóứn õọứi khạ chênh xạc v âãø tàng âäü chênh xạc khäng cáưn tàng fn cao Tuy nhiãn fn phi cọ âäü äøn âënh cao, c thåìi gian t1 v t2 fn âãöu khäng âäøi o Sai säú ténh khäng äøn âënh cuía Vch, fn, bäü têch phán v bäü so sạnh i d Hiãûn ngỉåìi ta cn thãø hiãûn phỉång phạp têch phán 3,4 âäü däúc 6.4.6 Chuøn âäøi AD theo phỉång phạp song song - näúi tiãúp kãút håüp B1 B2 BN1 U ADC DAC N1 bit song song n e y u TÁƯNG THỈÏ NHÁÚT Mảch hiãûu u t S TÁƯNG THỈÏ HAI U Nhỏn 2N1 Hỗnh 6.10 Bọỹ chuyóứn õọứi AD theo phổồng phạp song song näúi tiãúp kãút håüp Âáy l sỉû kãút håüp phỉång phạp song song v phỉång phạp näúi tiãúp nhàòm dung ỉu khuút âiãøm ca hai phỉång phạp ny : gim båït âäü phỉïc tảp ca phỉång phạp song song g N v tàng täúc âäü chuøn âäøi so våïi phỉång phạp näúi tiãúp Cng cọ thãø gi âáy l phỉång phạp phán âoản tỉìng nhọm bit, våïi säú bit mäùi nhoïm N ≥ h it Bäü chuøn âäøi ADC âáưu tiãn l bäü chuøn âäøi song song N1 bit våïi N1 ≥ Trong bỉåïc so sạnh thỉï nháút → xạc âënh âỉåüc N1 bit Tỉì B1 → BN1 Âãø chuøn âäøi N bit, phi N Mäùi táưng dng 2N1 - bäü so sạnh Nhỉ váûy âãø chuøn âäøi N bit dng l táưng våïi l = N1 m S phi dng : l (2N1 - 1) = N N1 (2 - 1) bäü so sạnh N1 Vê dủ N = 9; N1 = Phỉång phạp song song-näúi thiãúp kãút håüp : säú bäü SS : l (2N1 - 1) = N N1 - (2 )=3.7=21 N1 Phỉång phạp song song : säú bäü SS : (2N - 1) = (2N - 1) = (29 - 1) = 512 - = 511 91 6.4.7 Chuyãøn âäøi AD phi tuyãún Q ta nháûn tháúy : sai säú tuyãût âäúi ca mäüt chuøn âäøi AD khäng âäøi, cn sai säú tỉång âäúi ca tàng lãn biãn âäü tên hiãûu vo Tỉì biãøu thỉïc sai säú lỉåüng tỉí họa : ∆VQ = o i d gim Mún cho sai säú tỉång âäúi khäng âäøi ton di bióỳn õọứi õióỷn aùp vaỡo thỗ õổồỡngõỷc tờnh truyóửn õaỷt ca bäü biãún âäøi phi cọ dảng loga cho tè säú tên hiãûu trãn taûp ám thay âäøi daới bióỳn õọứi cuớa õióỷn aùp vaỡo VD VA Hỗnh 6.11 Âàûc biãún âäøi phi tuyãún cuía ADC VA n e y u u t S VD Hỗnh 6.12 Âàûc biãún âäøi phi tuún ca DAC Ỉu âiãøm ca phỉång phạp ny l láún ạt âỉåüc tảp ám kãø c tên hiãûu vo nh v låïn, cho phẹp tàng dung lỉåüng ca kãnh thoải gim âỉåüc säú bit våïi cng cháút lỉåüng g N thäng tin lỉåüng tỉí họa tuún Âãø thu lải tên hiãûu trung thỉûc ban âáưu, bäü biãún âäøi DA phi cọ cáúu tảo cho âỉåìng âàûc biãún âäøi ngỉåüc ca cọ dảng hm m hỗnh veợ ồớ trón h it ỷc tuyóỳn bióỳn õọit AD thỉåìng l hm säú : y= m S y VA l n (1 + µx ) våïi x = l n (1 + µ ) VA max y=x VD y= VD max Âäü däúc y’ taûi x = ⇒ y’| x = = µ l n (1 + ) x Hỗnh 6.13 ỷc tờnh bióỳn õọứi ngỉåüc ca bäü DA 6.5 Cạc phỉång phạp chuøn âäøi säú sang tæång tæû (DAC) Chuyãøn âäøi säú tæång tæû (DAC) laỡ quaù trỗnh tỗm laỷi tờn hióỷu tổồng tổỷ tỉì N säú hảng (N bit) â biãút ca tên hiãûu säú våïi âäü chênh xạc l mỉïc lỉåüng tỉí tỉïc 1LSB 92 VD VA VM DAC LTT o Hỗnh 6.14 Sồ õọử khọỳi quaù trỗnh chuyóứn õọứi säú sang tỉång tỉû i d Âäư thë thåìi gian ca tên hiãûu sau mảch chuøn âäøi DA cọ daỷng nhổ hỗnh veợ: VM VA u t S t Hỗnh 6.15 ọử thở thồỡi gian cuớa tờn hióỷu sau maûch chuyãøn âäøi DA n e y u Tên hiãûu âáưu l tên hiãûu råìi rảc theo thåìi gian nhổ trón hỗnh veợ Tờn hióỷu naỡy õổồỹc õổa qua bäü lc thäng tháúp l tỉåìng LTT Trãn âáưu ca LTT cọ tên hiãûu VA biãún thiãn liãn tủc theo thåìi gian l tên hiãûu näüi suy ca VM 6.5.1 Chuøn âäøi DA bàòng phỉång phạp âiãûn tråí (theo nguyón lyù maợ BCD) ặu õióửm : - g N Chè cáưn dng mäüt ngưn âiãûn ạp chøn Vch Trong säú ca mäùi bit s tỉång âỉång våïi Rht chia cho Ri, âọ : Ri l âiãûn tråí mäùi mäüt nhạnh - Phỉång phạp ny âi hi nhiãưu âiãûn trồớ chờnh xaùc vồùi caùc trở sọỳ khaùc vỗ váûy h it gàûp báút tiãûn thiãút kãú vaì sỉí dủng Âãø gim nhỉåüc âiãøm ny ngỉåìi ta dng nhiãưu ngưn âiãûn ạp chøn t lãû tháûp phán khạc nhổ hỗnh veợ C tổỡ decarde vaỡy sang decarde khạc cáưu âiãûn tråí s cng trë säú Tuy nhiãn âiãûn ạp chøn s biãún âäøi gáúp 10 láưn m S Hỗnh veợ B : Sọỳ 723 maợ BCD vo = - R ht R v1 − ht v R1 R2 vo = vo1 + vo2 + vo3 1 1 = M+ M = M Rtd 10 10 (3) 93 Vch 10M 1 0 5M 1.25M 1M + 250k 125k 100k 50k 25k 12.5k n e y u Hỗnh 6.16 Duỡng mọỹt nguọửn Vch vo1 = - g N R ht 3.10 M = - Vch Vch = − R td1 10 M 1 = + M (20) K Rtd 500 10 h it => vo2 = m S R ht Vch = - 20Vch R td 1 1 = + K + K K Rtd 100 50 25 = i d Rht 500k 1 o 2.5M 700 (100 + 200 + 400 ) = M M 10 10 Vo u t S 94 100k 1 50k Vch 12.5k i d Rht 100k 50k 25k +0 10Vch o 25k +0 12.5k 100k 1 100Vch +1 u t S Vo 50k 25k n e y u 12.5k Hỗnh 6.17 Duỡng nhióửu nguọửn Vch 6.5.2 Chuyóứn õọứi DA bàòng phỉång phạp âiãûn tråí báûc thang A h it 2R m S 2R g N R B 2R 20 21 R C R 2R D Vo 2R 2R 22 23 + Vr Hỗnh 6.18 Chuyóứn âäøi DA bàòng phỉång phạp âiãûn tråí báûc thang