II. Mạch giải mó
1. Mạch chuyển đổi A/D
a. Khỏi niệm chung:
Cỏc tớn hiệu tự nhiờn là tớn hiệu tương tự, trong khi đú cỏc thiết bị xử lý lại xử lý cỏc tớn hiệu số. Vỡ vậy cần cú bộ chuyển đổi từ tớn hiệu tương tự sang tớn hiệu số để xử lý và ngược lại.
Quỏ trỡnh biến đổi tương tự sang số cú dạng:
Tớn hiệu analog được chuyển thành tớn hiệu bậc thang với mỗi thang là 1 đại diện số thớch hợp. Cỏc đại diện số rời rạc cú nhiều cỏch biểu diễn. Nếu theo hệ thập phõn thỡ thường biểu diễn số đo, nếu để xử lý số dựng mó nhị phõn. Tổng quỏt: gọi là tớn hiệu số là Sn tương tự là SA:
SD = bn-1 2n-1 + bn-2 2n-2 +… + b0 20 Hệ số bK = 0 đến (n-1) gọi là bớt.
Bn-1 : bớt cú nghĩa lớn nhất.
Với mạch biến đổi cú N bớt hay N số hạng trong dóy mó nhị phõn (Trong vớ dụ trờn cú 3 bớt) thỡ mỗi nấc Q trờn bậc thang:
UAmax: giỏ trị cực đại cho phộp. Q : mức lượng tử.
Do tớn hiệu số là rời rạc nờn trong quỏ trỡnh chuyển đổi A/D xuất hiện sai số gọi là sai số lượng tử hoỏ:
Với một tớn hiệu tương tự khi thực hiện A/D phải lấy mẫu tớn hiệu nhằm rời rạc hoỏ tớn hiệu thành cỏc điện ỏp một chiều rời rạc. Tớn hiệu sau khi xử lý
bằng kỹ thuật số sẽ được khụi phục lại thành tớn hiệu tương tự. Để đảm bảo khụi phục lại tớn hiệu tương tự trung thực, tần số lấy mẫu fM phải thoả món:
fM ≥ 2 f thmax≅ 2B
fthmax: tần số cực đại của tớn hiệu. B : dải tần số.
b. Cỏc tham số cơ bản
- Bit cú ý nghĩa thấp nhất (LSB) và bit cú ý nghĩa cao nhất (MSB):
Qua cỏc mạch biến đổi DAC vị trớ khỏc nhau của cỏc bit trong số nhị phõn cho giỏ trị biến đổi khỏc nhau, núi cỏch khỏc trị biến đổi của một bit tựy thuộc vào trọng lượng của bit đú.
- Sai số nguyờn lượng húa (quantization error): Trong sự biến đổi, ta thấy
ứng với một giỏ trị nhị phõn vào, ta cú một khoảng điện thế tương tự ra. Như vậy cú một sai số trong biến đổi gọi là sai số nguyờn lượng húa và =(1/2)LSB
- Độ phõn giải (resolution): Độ phõn giải được hiểu là giỏ trị thay đổi nhỏ
nhất của tớn hiệu tương tự ra cú thể cú khi số nhị phõn vào thay đổi. Độ phõn giải cũn được gọi là trị bước (step size) và bằng trọng lượng bit LSB. Số nhị phõn n bit cú 2n giỏ trị và 2n - 1 bước. Hiệu thế tương tự ra xỏc định bởi v0 = k. (B)2. Trong đú k chớnh là độ phõn giải và (B)2 là số nhị phõn.
Người ta thường tớnh phần trăm phõn giải: %res = (k / VFS)100 %
Với số nhị phõn n bit %res = [1 / (2n - 1)]100 %
Cỏc nhà sản xuất thường dựng số bit của số nhị phõn cú thể được biến đổi để chỉ độ phõn giải. Số bit càng lớn thỡ độ phõn giải càng cao (finer resolution).
- Độ tuyến tớnh (linearity): Khi điện thế tương tự ra thay đổi đều với số
nhị phõn vào ta núi mạch biến đổi cú tớnh tuyến tớnh
- Độ đỳng (accuracy): Độ đỳng (cũn gọi là độ chớnh xỏc) tuyệt đối của
một DAC là hiệu số giữa điện thế tương tự ra và điện thế ra lý thuyết tương ứng với mó số nhị phõn vào. Hai số nhị phõn kế nhau phải cho ra hai điện thế tương tự khỏc nhau đỳng 1LSB, nếu khụng mạch cú thể tuyến tớnh nhưng khụng đỳng
c. Nguyờn lý hoạt động: Gốc cơ bản của ADC là bộ biến đổi điện ỏp 1 chiều, trờn nguyờn tắc mỗi một UDC tương ứng với 1 giỏ trị mó nhị phõn xỏc định. Dựng f mẫu để chia ra cỏc UDC.
Sơ đồ khối của bộ chuyển đổi A/D:
d. Cỏc phương phỏp chuyển đổi A/D
Quỏ trỡnh chuyển đổi A/D là quỏ trỡnh gồm lấy mẫu tớn hiệu (rời rạc hoỏ tớn hiệu) thành dóy tớn hiệu một chiều rời rạc. Mỗi một tớn hiệu một chiều rời rạc sẽ được biến đổi thành nhúm số bớt nhị phõn tương ứng. Kết quả là chỳng ta sẽ cú một dóy tớn hiệu dưới dạng mó nhị phõn tương ứng.
2. Phõn loại
Cú nhiều phương phỏp chuyển đổi A/D, tờn mỗi phương phỏp này được gọi theo cỏch hoạt động của chỳng.
Biến đổi song song: tớn hiệu được so sỏnh cựng lỳc với nhiều giỏ trị chuẩn tất cả cỏc bớt được xỏc định đồng thời và đưa ra lối ra.
Biến đổi nối tiếp theo mó đếm: Quỏ trỡnh so sỏnh được thực hiện lần lượt từng bước một theo quy luật của mó đếm. Kết quả chuyển đổi được xỏc định bằng cỏch điền số lượng giỏ trị chuẩn cú thể chứa được trong giỏ trị tớn hiệu tương tự cần chuyển đổi.
Biến đổi nối tiếp theo mó nhị phõn: Quỏ trỡnh so sỏnh lần lượt theo quy luật mó nhị phõn. Cỏc bit được xỏc định lần lượt từ bit cú nghĩa lớn nhất đến bit cú nghĩa nhỏ nhất.
Biến đổi song song – nối tiếp kết hợp: xỏc định đồng thời mỗi lần 2 bit.