- Cảmbiến quang học (Hình 2.11)
2.3.1.1. Chuyển đổi t−ơng tự – số (A/D)
Tín hiệu t−ơng tự (analog) th−ờng 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 t−ơng tự muốn truyền đạt là biên độ của nó. Biên độ này là một hàm của thời gian.
λ=1 1 điện áp ra V nghèo giàu Hình 2.27: Đặc tính cảm biến Lambda
Tuỳ theo dạng của f và g mà ta có thể kết luận đ−ợc về bản chất của tín hiệu u, i nói trên.
Khác với tín hiệu t−ơng 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 t−ơng tự và số là khác nhau. Tín hiệu t−ơng tự th−ờng gặp trong thực tế vì dễ tạo ra, hơn nữa tính chất liên tục theo thời gian của nó phù hợp với các hiện t−ợng vật lý thông th−ờng. Còn tín hiệu số thì chỉ xuất hiện trong các thiết bị số và th−ờng đ−ợc dùng nh− một hình thức trung gian thuận tiện cho việc đo l−ờng và xử lý tín hiệu. Do đó, cần phải có các mạch trung gian để chuyển đổi tín hiệu dạng t−ơng tự sang số và ng−ợc lại.
Trong các tín hiệu vào ECU thì tín hiệu t−ơng tự bao gồm tín hiệu áp suất đ−ờng ống nạp, tín hiệu nhiệt độ n−ớc nhiệt độ không khí nạp, tín hiệu vị trí b−ớm ga, tín hiệu lambda, tín hiệu điện áp cung cấp.
Nh− phần phân tích tín hiệu cảm biến áp suất đ−ờng ống nạp đã trình bày, ở đây ta phải xét đến vấn đề về độ chính xác của mạch chuyển đổi t−ơng tự – số. u u=f(t) t t i i=g(t) Hình 2.28: Dạng tín hiệu t−ơng tự
Sai số tĩnh
Khi thực hiện chuyển đổi các tín hiệu t−ơng tự thành các tín hiệu số với số bit hữu hạn th−ờng xuất hiện sai số hệ thống. Các sai số này đ−ợc gọi là sai số l−ợng tử. Sai số này xuất phát từ các tạp âm l−ợng tử xuất hiện ở các mạch ADC. Để giảm nhỏ tạp âm l−ợng tử thì ta phải tăng số bít của mạch ADC lên.
Bên cạnh sai số hệ thống do l−ợng tử hoá còn có sai số cũng đáng kể do kết cấu của mạch gây ra. Nếu các điểm giữa của các bậc trên đ−ờng gấp khúc vẽ ở hình 2.29 đ−ợc nối liền với nhau thì ta đ−ợc một đ−ờng thẳng với một hệ số góc nhất định xuất phát từ gốc toạ độ (đ−ờng nét đứt). Đối với các mạch ADC thực tế, đ−ờng thẳng này không xuất phát từ gốc toạ độ, ngoài ra đ−ờng nối các điểm giữa của các bậc trên đ−ờng gấp khúc không phải là đ−ờng thẳng mà là một đ−ờng 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 đ−ợc sau đó sẽ chuyển sang số nhờ mạch ADC. Để có thể phục hồi đ−ợc chính xác tín hiệu t−ơng 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 đ−ợc thoả mãn với
Uvào UADC
các tín hiệu nhiệt độ n−ớc, nhiệt độ khí nạp, vị trí b−ớm ga, điện áp cấp, vấn đề đặt ra là đảm bảo chính xác đối với tín hiệu áp suất đ−ờng ống nạp và tín hiệu lambda khi mà biên độ của tín hiệu này luôn luôn thay đổi.
Các yếu tố ảnh h−ởng đến độ chính xác của ADC.
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 l−ợng 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 t−ợng 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 h−ởng bởi độ ổn định của mạch dao động chuẩn và thời gian giao hoán của các cổng logic.