Ta đã biết vi xử lý chỉ làm việc với tín hiệu số vì vậy các tín hiệu từ các cảm biến khi đa vào ECU đều phải đợc chuyển đổi sang tín hiệu số trớc khi đa vào vi xử lý. Các tín hiệu đa vào ECU bao gồm tín hiệu tơng tự (ANALOG), tín hiệu xung, và tín hiệu dạng on/off. Dới đây ta sẽ xét riêng từng dạng tín hiệu.
2.3.1.1. Chuyển đổi tơng tự số (A/D)–
Tín hiệu tơng tự (analog) thờng là điện thế hay dòng điện có dạng biến thiên liên tục theo thời gian nh biểu diễn ở hình 2.28. Thông tin mà các tín hiệu tơng tự muốn truyền đạt là biên độ của nó. Biên độ này là một hàm của thời gian. λ=1 1 đi ện áp r a V nghèo giàu Hình 2.27: Đặc tính cảm biến Lambda
Tuỳ theo dạng của f và g mà ta có thể kết luận đợc về bản chất của tín hiệu u, i nói trên.
Khác với tín hiệu tơng tự, tín hiệu số (digital) chứa thông tin ở vị trí các xung hay sự thay đổi đột ngột của biên độ (so với tín hiệu thời gian chuẩn) còn trị số tuyệt đối của biên độ xung thì không quan trọng.
Nh vậy, bản chất của hai loại tín hiệu tơng tự và số là khác nhau. Tín hiệu tơng tự thờng gặp trong thực tế vì dễ tạo ra, hơn nữa tính chất liên tục theo thời gian của nó phù hợp với các hiện tợng vật lý thông thờng. Còn tín hiệu số thì chỉ xuất hiện trong các thiết bị số và thờng đợc dùng nh một hình thức trung gian thuận tiện cho việc đo lờng và xử lý tín hiệu. Do đó, cần phải có các mạch trung gian để chuyển đổi tín hiệu dạng tơng tự sang số và ngợc lại.
Trong các tín hiệu vào ECU thì tín hiệu tơng tự bao gồm tín hiệu áp suất đờng ống nạp, tín hiệu nhiệt độ nớc nhiệt độ không khí nạp, tín hiệu vị trí bớm ga, tín hiệu lambda, tín hiệu điện áp cung cấp.
Nh phần phân tích tín hiệu cảm biến áp suất đờng ống nạp đã trình bày, ở đây ta phải xét đến vấn đề về độ chính xác của mạch chuyển đổi tơng tự – số.
Sai số tĩnh
Khi thực hiện chuyển đổi các tín hiệu tơng tự thành các tín hiệu số với số bit hữu hạn thờng xuất hiện sai số hệ thống. Các sai số này đợc gọi là sai số l-
u u=f(t) t t i i=g(t) Hình 2.28: Dạng tín hiệu tương tự
ợng tử. Sai số này xuất phát từ các tạp âm lợng tử xuất hiện ở các mạch ADC. Để giảm nhỏ tạp âm lợng tử thì ta phải tăng số bít của mạch ADC lên.
Bên cạnh sai số hệ thống do lợng tử hoá còn có sai số cũng đáng kể do kết cấu của mạch gây ra. Nếu các điểm giữa của các bậc trên đờng gấp khúc vẽ ở hình 2.29 đợc nối liền với nhau thì ta đợc một đờng thẳng với một hệ số góc nhất định xuất phát từ gốc toạ độ (đờng nét đứt). Đối với các mạch ADC thực tế, đờng thẳng này không xuất phát từ gốc toạ độ, ngoài ra đờng nối các điểm giữa của các bậc trên đờng gấp khúc không phải là đờng thẳng mà là một đờng gãy.
Sai số động
Khi sử dụng ADC trong các mạch xử lý tín hiệu, do tín hiệu đầu vào liên tục biến động vì vậy phải tiến hành lấy mẫu tín hiệu qua các khoảng thời gian bằng nhau, gọi là chu kỳ lấy mẫu. Các dữ liệu thu đợc sau đó sẽ chuyển sang số nhờ mạch ADC. Để có thể phục hồi đợc chính xác tín hiệu tơng tự thì việc lấy mẫu cần phải thoả mãn điều kiện là tần số lấy mẫu ít nhất phải lớn hơn hai lần tần số lớn nhất của tín hiệu. Điều kiện này luôn đợc thoả mãn với các tín hiệu nhiệt độ nớc, nhiệt độ khí nạp, vị trí bớm ga, điện áp cấp, vấn đề đặt ra là đảm bảo chính xác đối với tín hiệu áp suất đờng ống nạp và tín hiệu lambda khi mà biên độ của tín hiệu này luôn luôn thay đổi.
Các yếu tố ảnh hởng đến độ chính xác của ADC.
Uvào UADC
Chính khoảng chuyển tiếp của tín hiệu vào là một yếu tố gây ra sự kém chính xác bởi vì hai tín hiệu vào phải khác nhau một lợng nào đó thì điện thế ra của mạch so sánh mới có sự chuyển trạng thái. Ngoài ra, khoảng chuyển tiếp này lại thay đổi theo trị số tuyệt đối của điện thế vào tức là ứng với mỗi biên độ ta cần có một khoảng chuyển tiếp riêng, vì thế mà xảy ra hiện tợng không tuyến tính trong phép so sánh. Tuỳ theo sự thiết kế của mạch so sánh mà bề rộng chuyển tiếp còn có thay đổi ít nhiều theo nhiệt độ. Ngoài các điểm trên độ chính xác của mạch ADC cũng còn bị ảnh hởng bởi độ ổn định của mạch dao động chuẩn và thời gian giao hoán của các cổng logic.
2.3.1.2. Chuyển đổi xung số–
Cũng nh tín hiệu tơng tự, tín hiệu xung cũng cần phải đợc chuyển đổi thành tín hiệu số trớc khi đa vào vi xử lý. Dạng thông tin mà tín hiệu xung muốn truyền là tần số xung hay số lần xuất hiện xung dơng trong một đơn vị thời gian.
Mạch chuyển đổi xung – số thực chất là mạch đếm số lần xuất hiện xung dơng trong một khoảng thời gian và giá trị đếm đợc biểu thị bằng giá trị số. Trong ECU mạch này đợc sử dụng để xác định tốc độ động cơ bằng việc đếm số xung NE hoặc đếm số xung từ cảm biến dòng xoáy Kacman.
Sai số của mạch chuyển đổi thờng rất hay xuất hiện thông thờng do nguồn xung không ổn định vì bị nhiễu bởi các xung bên ngoài. Thêm nữa sai số sẽ xuất hiện nếu nh xung nhịp tạo thời gian cho mạch đếm không ổn định cũng là một nguyên nhân gây sai số.