Nguyên lý làm việc của bộ A/D được minh hoạ trên sơ đồ khối hình 6-3.
Trước hết tín hiệu tương tự UAđược đưa đến một mạch lấy mẫu, mạch này có 2 nhiệm vụ:
Hình 6-2. Đặc tuyến truyền đạt lý tưởng
và thực của mạch chuyển đổi A/D UD 111 110 101 100 011 010 001 000 Thực
Méo phi tuyến
Sai số khuyếch đại Sai số đơn điệu
Sai số lệch không 1/2 LSB Lý tưởng UA Mạch lấy mẫu A/D Lượng tử hoá Mã hoá UA UM UD
Hình 6-3. Sơ đồ khối minh hoạ nguyên tắc làm việc của bộ A/D
- Lấy mẫu tín hiệu tương tự tại những thời điểm khác nhau và cách đều nhau (rời rạc hoá tín hiệu về mặt thời gian).
- Giữ cho biên độ điện áp tại các thời điểm lấy mẫu không đổi trong quá trình chuyển đổi tiếp theo.
Tín hiệu ra mạch lấy mẫu được đưa đến mạch lượng tử hoá để làm tròn với độ chính xác
2 Q
. Mạch lượng tử hoá có nhiệm vụ rời rạc tín hiệu tương tự về mặt biên độ. Nhờ quá trình lượng tử hoá một tín hiệu tương tự bất kỳ được biểu diễn bởi một số nguyên lần mức lượng tử, nghĩa là: ZDi = Phần nguyên Q X Q X Q XAi Ai Ai (6-5)
Trong đó: XAi: là tín hiệu tương tự ở thời điểm i ZDi: tín hiệu số ở thời điểm i
Q: Mức lượng tử
Xi: Số dư trong phép lượng tử hoá
Trong phép chia theo biểu thức (6-5) chỉ lấy phần nguyên của kết quả, phần dư còn lại (không chia hết cho Q) chính là sai số lượng tử hoá. Như vậy, quá trình lượng tử hoá thực chất là quá trình làm tròn số. Lượng tử hoá thực hiện theo nguyên tắc so sánh. Tín hiệu cần chuyển đổi được so sánh với một loạt các đơn vị chuẩn Q.
UA UM UMt0 t t t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8
Hình 6-4. Đồ thị thời gian của điện áp vào và điện áp ra mạch lấy mẫu
Sau mạch lượng tử hoá là mạch mã hoá. Trong mạch mã hoá, kết quả lượng tử hoá được sắp xếp lại theo một quy luật nhất định phụ thuộc vào loại mã yêu cầu trên đầu ra của bộ chuyển đổi.
Trong nhiều loại mạch A/D quá trình lượng tử hoá và mã hoá xảy ra đồng thời, không thể tách rời hai quá trình đó.
Phép lượng tử hoá và phép mã hoá được gọi chung là mạch chuyển đổi A/D