2016.10.26 digitalteknikk - adc og dac - studieveiledning for onsdag 26.10.2016 - 2 byau 15-18 ...
-
Upload
sven-age-eriksen -
Category
Education
-
view
65 -
download
4
Transcript of 2016.10.26 digitalteknikk - adc og dac - studieveiledning for onsdag 26.10.2016 - 2 byau 15-18 ...
DAC.
ADC
DAC.
ADC.
ADCDAC
DAC.
ADC26.10.2016v.HD 14
DIGITALTEKNIKK
ADCDAC
FØRST LITT HMS:SYKLER DU TIL JOBBEN ?HAR BILEN VIKEPLIKT ?
1 SYKLIST BLIR DREPT HVER MND I TRAFIKKEN I NORGE
Syklisten har vikeplikt !
UNIVERSET: ANALOGT ELLER DIGITALT ?
Studieveiledning til WEBOnsdag 26/10-16: 16:00 – 20:00
.
2.kl BYAU 2015-2018, klasserom GydaEmne 05, Elektroniske systemer
ADC og DAC
Sven Åge Eriksen, [email protected], tlf 416 99 304, Fagskolen Telemark
Kildemateriale: Lærebok Elektroniske systemer, GYLDENDAL, ISBN 978-82-05-27456-3
Egne notater og bilder / figurer fra Internett
ANALOG
ANALOG
ANALOG
Forventet læringsutbytte:
Kjenne til ADC og DACHvorfor vi har bruk for disse systemeneHva brukes de tilHvor brukes deHvordan fungerer deHa full kontroll på BITS og BYTESAt oppløsningen på ADC / DAC er avhengig av antall bit på systemetKjenne igjen kretser som fungerer som ADC / DACÅ kunne beregne oppløsningen på DAC og ADC vha område og antall bitAt oppløsningen påvirker nøyaktigheten, men at flere faktorer påvirker nøyaktigheten
DAC:ADC:
Elektroniske systemer side 97
AD- og DA - OMFORMERE
1 BYTE = 8 BITS
Kompendium side 1
Kompendium side 1
LSB - MSB
Least Significant Bit – Most Significant Bit
Kompendium side 3
Kompendium side 1
Husk at tallet null er like viktig som de andre tallene i digitalteknikk og alle tallsystemer !
500 KR050 KR
005 KR
HER SER VI TYDELIG AT SIFFERPOSISJONEN HAR STOR BETYDNING, SELV OM TALLET 5 ER DET SAMME !
2 – tallsystemet – det binære tallsystemetGrunntallet er 2 - Det er 2 mulige verdier: 0 og 1
Tallposisjonenehar forskjelligvektlegging:
1. tallposisjon har verdien: 20 = 1
2. tallposisjon har verdien: 21 = 2
3. tallposisjon har verdien: 22 = 4
4. tallposisjon har verdien: 23 = 8
5. tallposisjon har verdien: 24 = 16
6. tallposisjon har verdien: 25 = 32
7. tallposisjon har verdien: 26 = 64
8. tallposisjon har verdien: 27 = 128
9. tallposisjon har verdien: 28 = 25610. tallposisjon har verdien: 29 = 512
2 – tallsystemet – det binære tallsystemetGrunntallet er 2 - Det er 2 mulige verdier: 0 og 1
Tallposisjonenehar forskjelligvektlegging:
11. tallposisjon har verdien: 210 = 1024
12. tallposisjon har verdien: 211 = 2048
13. tallposisjon har verdien: 212 = 4096
14. tallposisjon har verdien: 213 = 8192
15. tallposisjon har verdien: 214 = 16384
16. tallposisjon har verdien: 215 = 32768
17. tallposisjon har verdien: 216 = 65536
Gigabyte (GB) er måleenhet for datalagringskapasitet. En gigabyte (utledet fra SI-prefikset giga-) er en enhet for informasjon eller datalagringskapasitet, og betyr enten nøyaktig én milliard bytes (10003 eller 109) eller omtrent 1,07 milliarder bytes (10243). For å minske forvirringen rundt dette er det
innført en enhet gibibytesom alltid betyr 1 073 741 824 (10243 eller 230) bytes.
20 = 1
21 = 2
22 = 4
23 = 8
24 = 16
25 = 32
26 = 64
27 = 128
28 = 256
29 = 512
210 = 1 024
211 = 2 048
212 = 4 096
213 = 8 192
214 = 16 384
215 = 32 768
216 = 65 536
217 = 131 072
218 = 262 144
219 = 524 288
220 = 1 048 576
221 = 2 097 152
222 = 4 194 304
223 = 8 388 608
224 = 16 777 216
225 = 33 554 432
226 = 67 108 864
227 = 134 217 728
228 = 268 435 456
229 = 568 870 912
230 = 1 073 741 824
231 = 2 147 483 648
AD / DA – OMFORMERE FINNES NORMALT I 6 – 30 BIT, f.eks 6, 8, 12, 16, 20, 24, 30
210 = 1 024 = 1K 220 = 1 048 576 = 1M 230 = 1 073 741 824 = 1G
DIGITAL / ANALOG ILLUSTRASJON:
Digital: Trinnvis
Analog: Kontinuerlig (bølge)
DAC: DIGITAL-ANALOG
ADC: ANALOG-DIGITAL
Digitale systemer jobber med digitale signaler:
Digitale systemer jobber med digitale signaler:
Slik regner vi ut oppløsningen i digitale systemer:
2-bits system:
3 trinn: 22 -1 = 4-1 = 3 Hvis området er 0-10 VDC,blir hvert trinn på 3,333 V:
10V / 3 = 3,333 V 3,333 V
3,333 V
3,333 V
Slik regner vi ut oppløsningen i digitale systemer:
3-bits system:
7 trinn: 23 -1 = 8-1 = 7 Hvis området er 0-10 VDC,blir hvert trinn på 3,333 V:
10V / 7 = 1,428 V 1,42 V
1,42 V
1,42 V
1,42 V
1,42 V
1,42 V
1,42 V 1
2
3
4
5
6
7
LSB
MSB
Hvis området er 0-10 VDC,hva blir hvert trinn på her ?
0-10 VDC
ADC
Hvis området er 0-10 VDC,hva blir hvert trinn på her ?
0-10 VDC
ADC4-bits system:15 trinn:
24 -1 = 16-1 = 15
10V / 15V = 0,67V
OPPGAVE:Firmaet du jobber i, skal bytte ut den gamle analoge vekta på lageret og du skal designe og beregne dette nye veiesystemet.
Vekta skal veie opp til og med 100 kg og ha en oppløsning på 1g.
Økonomen i innkjøpsavdelingen har allerede kjøpt inn en billig veiecelle med område 0-200 kg og en 12-bits AD-omformer som leverandøren anbefalte.
Kan du beregne om du oppnår ønsket spesifikasjon med de innkjøpte delene og hvis ikke, hva må du bytte ut ?
OPPGAVE !
20 = 1
21 = 2
22 = 4
23 = 8
24 = 16
25 = 32
26 = 64
27 = 128
28 = 256
29 = 512
210 = 1 024
211 = 2 048
212 = 4 096
213 = 8 192
214 = 16 384
215 = 32 768
216 = 65 536
217 = 131 072
218 = 262 144
219 = 524 288
220 = 1 048 576
221 = 2 097 152
222 = 4 194 304
223 = 8 388 608
224 = 16 777 216
225 = 33 554 432
226 = 67 108 864
227 = 134 217 728
228 = 268 435 456
229 = 568 870 912
230 = 1 073 741 824
231 = 2 147 483 648
AD / DA – OMFORMERE FINNES NORMALT I 6 – 30 BIT, f.eks 6, 8, 12, 16, 20, 24, 30
210 = 1 024 = 1K 220 = 1 048 576 = 1M 230 = 1 073 741 824 = 1G
Fra målebrua går signalet til en AD-omformer
Oppgave 10, kap 2:I både oppgave a) og b) er målebrua balansert, dvs at det ikke går noen strøm gjennom galvanometerkretsen, da blir formelen enkel. Alle resistansene må være like eller forholdet mellom 2 og 2 overfor hverandre må være like, slik at spenningen ved D og B er like.
Ved balansert målebru er R2/R1 lik Rx/R3,da vil spenningen ved D og B være like.Det sto feil formel i vedlegget i FRONTER, men jeg rettet det 23/9.
Målebru fungerer som en vekt:
Båndvekter bruker Wheatstone målebru til å beregne hvor mye materiale som passerer båndet
Siloer bruker ofte Wheatstone målebru til å beregne hvor mye materiale som er i siloen
Elektronikk og data, Kåre Øen -02, side 13
Temperaturmåling
• Måling av temperaturer er avgjørende på mange områder, bla i industrielle prosesser, helse, varme og energi
• Konvensjonell temperaturmåling er basert på varmeutvidelseskoeffisienter til ulike materialer som kvikksølv og etanol, og avlesningen gjøres med det blotte øye
• Moderne temperaturmålere er transducere: Temperatur-avlesningen konverteres til en spenning eller strøm som er proporsjonal med temperaturen
29.04.2016 INF 1411 43
Temperaturmåling (forts)
• Det benyttes i dag hovedsaklig tre typer transducere:• Termokoblinger
• Temperaturavhengig resistans
• Termistorer
• Alle er har begrensinger i temperatur-område, presisjon, linearitet og dynamikk
• Begrensningene trekker i motsatt retning: Høy presisjon gir lite temperaturområde
• Ikke-linearitet kan relativt enkelt kompenseres
29.04.2016 INF 1411 44
Termokoblinger• Termokoblinger er sensorer som baserer seg på Seebeck-
spenningen• Hvis to ulike metaller eller legeringer forbindes, oppstår
det et elektrisk felt i overgangen i størrelsesorden mV • Feltet øker tilnærmet lineært proporsjonalt med
temperaturen• Termokoblinger kan måle fra -250 til 2000o C, men for en
gitt metallkombinasjon er området mye mindre
29.04.2016 INF 1411 45
Heat
Metal A
Metal BVAB
+
-
Termokoblinger (forts)• Enhver metall-metall overgang vil lage et elektrisk felt, derfor vil
tilkoblingen til en termokobling innføre en ekstra termokobling
• Man må kompensere for den uønskede parasittspenningen
29.04.2016 INF 1411 46
Termokoblinger (forts)
• En teknikk er å bruke en referansetemperatur (f.eks isvann med 0 grader) med en ekstra termokobling
• Referansen gjør at man introduserer en ny termokobling med kjent temperatur og kjent Seebeck-spenning, og denne kan trekkes fra den målte spenningen i den ønskede måleproben
29.04.2016 INF 1411 47
Termokoblinger (forts)• Det er ikke praktisk med ismaskin for å lage
referansetemperatur
• Bedre å bruke temperaturavhengig strømkilde for å kompensere for en ekstra Seebeck-spenning
29.04.2016 INF 1411 48
Copper (Cu)
CuConstantan
Strømkilden genererer en spenning i en resistor som matcher den uønskendetermokoblingsovergangen
Measuring thermocouple
Av AvVT
+V
VT+ -
+
-
Vc
Ic
Cu
En uønsket termokoblingsspenningoppstår mellom kobber og konstantan-overgangen.
Den uønskede termokoblings-spenningen kanselleres av Vc.
+-
Output er kun funksjon av VT.
Resistansedetektorer• En annen type temperaturmåler bruker temperaturavhengig resistans (RTD)
• RTD’er har også problem med parasitteffekter, fordi tilkoblingslederne også tilfører temperaturavhengig resistans
• Temperaturen måles enten ved å måle spenningsfallet over en motstand med konstant strøm, eller endringen i resistans i en brokobling , f.eksWheatstonebro
29.04.2016 INF 1411 49
Termistorer• Termistorer er en type halvleder hvor resistansen
synker med økende temperatur
• Termistorer har logaritmisk (ikke-lineær) karakteristikk
29.04.2016 INF 1411 50
Termistorer har smal bånd-bredde, men er raske, presise og billige
Brukes bla integrert på CPU’er for å styre viftehastighet
Termistorer kan også brukes i brokoblinger
Måling av strekk, trykk og væskestrøm• Strekk eller bøyning kan måles med en mostandstråd som
ender motstand ved mekanisk påvirkning (piezoresistivitet)
29.04.2016 INF 1411 51
Måling av strekk, trykk og væskestrøm• Samme oppsett som for temperaturmåling brukes for
trykk- og strekkmåling
• Trykk og strekk er enklere å måle fordi det ikke er nødvendig å kompensere i like stor grad
29.04.2016 INF 1411 52
Måling av strekk, trykk og væskestrøm• Trykk kan måles ved å feste en strekksensor på en fleksibel membran
• Væskestrøm kan måles ved å beregne trykkforskjellen mellom to punkter med ulik diameter
29.04.2016 INF 1411 53
Måling av akselerasjon• Akselerasjonsmåling brukes i en lang rekke
anvendelser:• Tekniske anvendelser, bla kollisjonsputer,
vibrasjonsmålinger, seismisk aktivitet, hastighet, posisjonering osv
• Industrielle anvendelser, bla overvåkning av vibrasjoner og rotasjonshastighet, måling av G-krefter i luft- og romfart
• Biologiske anvendelser: Sporing av dyr, energiforbruk• Medisinske anvendelser: Hjertekompresjon,
skrittellere• Forbrukerelektronikk, bla roteringsfunksjon smart
phones og kameraer, spillkonsoller, bildestabilisator i kamera, fallbeskyttelse i harddisker
29.04.2016 INF 1411 54
Akselerasjonsmålere
• Tre vanlige sensortyper for akselerasjon er basert på• Piezoelektrisitet• Piezoresistivitet• Variabel kapasitans, resistans eller induktans
• Finnes i tillegg en rekke andre varianter basert på disse
• Felles for alle er at en endring i hastighet fører til endring i kapasitans/resistans/induktans eller spenning
29.04.2016 INF 1411 55
Piezoelektrisitet
• Piezoelektrisitet oppstår når ladning akkumuleres i visse typer faste stoffer pga mekanisk påvirkning
• Effekten er reversibel• Når den mekaniske påvirkningen
fjernes, endres det elektriske feltet tilbake til det opprinnelige
• Motsatt effekt kan brukes til å lage ultralyd og elektromotorer• Ved å sette spenning på et materiale
skapes bevegelse
29.04.2016 INF 1411 56
Piezoresistivitet
• Samme effekt som piezoelektrisitet, men her endres resistansen som følge av mekanisk påvirkning
• Imidlertid er det ingen reversibel effekt (ikke mulig å endre resistans for å generere mekanisk bevegelse)
29.04.2016 INF 1411 57
Variabel kapasitans
• Ved å la en plate på kondensatoren være fast og den andre bevegelig, vil kapasitansen endres ved endring i bevegelse
• Endringen i konduktans kan måles med en Wheatstonebro
29.04.2016 INF 1411 58
AD og DA-konvertering
• Verden er stort sett analog, dvs alt er kontinurerlige verdier
• Kjernen i beregningssystemer er som regel digital
29.04.2016 INF 1411 59
Digitalt system
Analog til Digital
konverter
Digital til Analog
konverter
Analoge signaler
Analoge signaler
AD og DA-konvertering (forts) • For å kunne kommunisere med omverdenen trengs kretser for
• Konvertering av analoge signaler til digitale signaler (ADC) • Konvertering av digitale signaler til analoge signaler (DAC)
• Det finnes en rekke ulike strategier for ADC og DAC med forskjellig• hastighet • nøyaktighet • effektforbruk • pris
• Kravet til oppløsning er som regel gitt av det digitale systemet
29.04.2016 INF 1411 60
Analog-til-digital konvertering
• En datamaskin har flere enheter knyttet til seg som kan ses på som AD-konvertere:• Tastatur• Mus• Mikrofon
• Alle omformer analoge signaler til digital representasjon i datamaskinen
• Den vanligste ADC’en konverterer en analog spenning til et bitmønster, dvs én signallinje inn (analog) og N signallinjer ut (en linje for hvert bit)
29.04.2016 INF 1411 61
Analog-til-digital konvertering (forts)
• Vs er den spenningen som brukes for å angi logisk ’1’, mens Bi enten er ’0’ eller ’1’, så VsBi er derfor enten 0 volt eller Vs volt
29.04.2016 INF 1411 62
ADCVin
B0Vs
B1Vs
BN-1Vs
N bit
HVA ER DETTE ?
HVA ER DETTE ?
HVA ER DETTE ?
HVA ER DETTE ?
Elektroniske systemer side 97
DA - OMFORMER
Elektroniske systemer side 97
DA - OMFORMER
Hva slags operasjonsforsterkerkobling er dette ?
Elektroniske systemer side 97
DA - OMFORMER
INVERTERENDE SUMMERENDE FORSTERKER
Elektroniske systemer side 98
DA - OMFORMER
Elektronikk og data, Kåre Øen -02, side 15
Elektronikk og data, Kåre Øen -02, side 15
Elektroniske systemer side 98
DA – OMFORMER: Normalt 6-32 bit
Elektroniske systemer side 98
DA - OMFORMER
Elektroniske systemer side 98
DA - OMFORMER
Figur 3.54 Tilkobling av en åttebiters DA-omformer til en 8-bits databuss
DA – OMFORMEROppgave:Analogt utgangssignal skal være0 – 10 VDC
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 4-bits DAC ?Hvor mange volt får du i oppløsning med en 8-bits DAC ?Hvor mange volt får du i oppløsning med en 12-bits DAC ?Hvor mange volt får du i oppløsning med en 16-bits DAC ?Hvor mange volt får du i oppløsning med en 30-bits DAC ?
20 = 1
21 = 2
22 = 4
23 = 8
24 = 16
25 = 32
26 = 64
27 = 128
28 = 256
29 = 512
210 = 1 024
211 = 2 048
212 = 4 096
213 = 8 192
214 = 16 384
215 = 32 768
216 = 65 536
217 = 131 072
218 = 262 144
219 = 524 288
220 = 1 048 576
221 = 2 097 152
222 = 4 194 304
223 = 8 388 608
224 = 16 777 216
225 = 33 554 432
226 = 67 108 864
227 = 134 217 728
228 = 268 435 456
229 = 568 870 912
230 = 1 073 741 824
231 = 2 147 483 648
AD / DA – OMFORMERE FINNES NORMALT I 6 – 30 BIT, f.eks 6, 8, 12, 16, 20, 24, 30
210 = 1 024 = 1K 220 = 1 048 576 = 1M 230 = 1 073 741 824 = 1G
DA – OMFORMER OPPGAVE LØSNING:Analogt signal er 0 – 10 VDC.
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 4-bits DAC ?
Oppløsning = 10/15 = 0,67V ( 10 / 24 -1)
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 8-bits DAC ?
Oppløsning = 10/255= 39,2mV ( 10 / 28 -1)
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 12-bits DAC ?
Oppløsning = 10/4095= 2,44mV ( 10 / 212 -1)
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 16-bits DAC ?
Oppløsning = 10/65535 = 0,153mV ( 10 / 216 -1)
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 30-bits DAC ?
Oppløsning = 10/ 1 073 741 823 = 9,31nV ( 10 / 230 -1)
Elektroniske systemer side 99
AD - OMFORMER
Kan dere gi eksempler der en gjør om fra analoge til digitale signaler og hvorfor det er behov for dette ?
Elektronikk og data, Kåre Øen -02, side 13
Elektronikk og data, Kåre Øen -02, side 13
Elektronikk og data, Kåre Øen -02, side 14
Elektronikk og data, Kåre Øen -02, side 14
Elektroniske systemer side 99
AD - OMFORMER
Elektroniske systemer side 100
AD - OMFORMER
Elektroniske systemer side 100
AD - OMFORMER
AD – OMFORMEROppgave:Analogt signal er 0 – 256 VDC
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 4-bits ADC ?Hvor mange volt får du i oppløsning med en 8-bits ADC ?Hvor mange volt får du i oppløsning med en 12-bits ADC ?Hvor mange volt får du i oppløsning med en 16-bits ADC ?Hvor mange volt får du i oppløsning med en 16-bits ADC ?
20 = 1
21 = 2
22 = 4
23 = 8
24 = 16
25 = 32
26 = 64
27 = 128
28 = 256
29 = 512
210 = 1 024
211 = 2 048
212 = 4 096
213 = 8 192
214 = 16 384
215 = 32 768
216 = 65 536
217 = 131 072
218 = 262 144
219 = 524 288
220 = 1 048 576
221 = 2 097 152
222 = 4 194 304
223 = 8 388 608
224 = 16 777 216
225 = 33 554 432
226 = 67 108 864
227 = 134 217 728
228 = 268 435 456
229 = 568 870 912
230 = 1 073 741 824
231 = 2 147 483 648
AD / DA – OMFORMERE FINNES NORMALT I 6 – 30 BIT, f.eks 6, 8, 12, 16, 20, 24, 30
210 = 1 024 = 1K 220 = 1 048 576 = 1M 230 = 1 073 741 824 = 1G
AD – OMFORMER OPPGAVE LØSNING:Analogt signal er 0 – 256 VDC.
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 4-bits ADC ?
Oppløsning = 256/16 = 16V (28 / 24 )
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 8-bits ADC ?
Oppløsning = 256/256= 1V (28 / 28 )
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 12-bits ADC ?
Oppløsning = 256/4096= 62,5mV (28 / 212 )
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 16-bits ADC ?
Oppløsning = 256/65536 = 3,9mV (28 / 216 )
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 32-bits ADC ?
Oppløsning = 256/ 1 073 741 824 = 23,8nV (28 / 230 )
Elektroniske systemer side 100
AD - OMFORMER
Elektroniske systemer side 100
AD - OMFORMER
ADC med teller
29.04.2016 INF 1411 95
Binærteller
DAC+
_
Analog input
Klokkesignal
Komparator
Va
Vd
MSB
LSB
Digital output
Nullstill
ADC med teller (forts)
• Så lenge Va er mindre enn Vd, vil telleren fortsette å telle
• Avrundingsfeilen skyldes at den digitale telleren har endelig oppløsning
29.04.2016 INF 1411 96
Klokkepuls
Spenning
Vd
Va Avrundingsfeil
ADC med teller (forts)
• Avrundingsfeilen kan gjøres vilkårlig liten ved å øke antall bit i telleren og det digitale signalet
• Jo flere bit, desto langsommere blir ADC’en• For å konvertere Va, trengs Vd/Va antall klokkesykler
• Største ulempen med denne ADC’en er at den ikke klarer å følge det analoge signalet hvis det varierer over tid, med mindre man nullstiller telleren og starter på nytt
• Hvis man erstatter den binære telleren med en opp-ned teller kan man følge tidsvarierende signaler bedre
29.04.2016 INF 1411 97
ADC med opp/ned teller
29.04.2016 INF 1411 98
U/D-teller
DAC+
_
Analog input
Klokkesignal
Komparator
Va
Vd
MSB
LSB
Digital output
Nullstill
Opp/Ned kontroll
ADC med opp/ned teller
ADC med vanlig teller
29.04.2016 INF 1411 99
Cp
V
Vd
Va
Cp
V
Vd
Va
ADC med opp/ned teller
I motsetning til ADC med vanlig teller, vil det minst signifikante bitet endre verdi rundt Va selv når Va ikke endrer seg
ADC med suksessiv tilnærming
• Tellende ADC’er trenger i verste fall 2N intervaller for å telle opp til riktig spenning
• Istedenfor en teller kan man bruke en bruke en programmerbar enhet som gjør et binærsøk etter riktig verdi, og den trenger maks N intervaller for å finne spenningen
• Enheten starter med å sette ’1’ i MSB og de andre bit’ene til ’0’. • Hvis Vd fortsatt er lavere enn Va, settes det nest mest signifikante
bit’et til 1.• Hvis Vd er høyere enn Va, settes det mest signifikate bitet til 0 og de
resterende til 1
• Prosessen over gjentas helt til det er det minst signifikante bitet som må endres.
29.04.2016 INF 1411 100
ADC med parallell komparator
• Det tre foregående ADC’ene baserer seg på suksessiv tilnærming og er relativt langsomme
• En raskere måte er å gjøre sammenligning i parallell uten bruk av klokkesignaler
• Hastigheten til en ADC med parallellkomparator er begrenset av tidsforsinkelsen gjennom opamp’er og digital logikk
• Ulempen er at det kreves ekstra hardware:• N-1 komparator for N bit• N motstander for N bit
• Hvis hastighet er det viktigste vil man velge denne typen ADC
• Ingen problemer med tidsvarierende input-spenninger
29.04.2016 INF 1411 101
ADC med parallell komparator (forts)• For å forstå denne typen ADC, trenger man å skjønne
hva en prioritetsenkoder gjør
• En prioritetsenkoder er en digital krets som har M input-linjer og N outputlinjer, hvor 2N ≥ M
• Verdien på de N output-linjene angir det mest siginifikante bitet i M som har en ’1’
29.04.2016 INF 1411 102
W7 W6 W5 W4 W3 W2 W1 Y1 Y2 Y3
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
0 0 0 0 0 1 1 0 1 0
0 0 0 0 1 1 1 0 1 1
0 0 0 1 1 1 1 1 0 0
0 0 1 1 1 1 1 1 0 1
0 1 1 1 1 1 1 1 1 0
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
ADC med parallell komparator (forts)
29.04.2016 INF 1411 103
Prioritets-enkoder
+
_
+
_
+
_
+
_
VaV(=konstant)
R
R
R
R
R
7/8 V
6/8 V
2/8 V
1/8 V
W7
W6
W2
W1
Y2
Y1
Y0
Dual-slope ADC
• Dette er en mye brukt ADC som er basert på integrasjon
• Kresten bruker få komponenter og kan lages med så høy oppløsning som ønskelig
• Området det skal måles i kan også settes ved en referanse-spenning Vref, og man får samme oppløsning uavhengig av hva Vref er.
• En av fordelene ved kretsen er at den kan gjøres immun mot støy i input-signalet, f.eks fra lysnettet (50 Hz)
29.04.2016 INF 1411 104
Dual-slope ADC (forts)
29.04.2016 INF 1411 105
Fastsamplingsintervall
Fast utladningsrate
Stort digitalt tall
Middels digitalt tall
Lite digitalt tall
Dual-slope ADC (forts)
29.04.2016 INF 1411 106
-
+-
+Teller
Nullstill
Cp
Va
Vref
Analog bryter
IntegratorKomparator
Digitaldel
Analog input
Referansespenning (negativ)
S1
S2
Dual-slope ADC (forts)
• Telleren nullstilles og kondensatoren lades først ut (S1 er åpen og S2 lukkes)
• Kondensatoren i integratoren lades opp over et fast tids-intervall (kalt samplingsintervallet) av input-spenningen ved at S1 kobles til Va og S2 åpnes. Telleren teller ikke
• Jo høyere input-spenning, desto høyere spenning lades kondensatoren opp til i løpet av samplingsintervallet
• Ved enden av samplingsintervallet kobles så S1 til Vref og kondensatoren lades ut, samtidig som telleren starter
• Når spenningen har ladet seg ut til Vref, stopper telleren, og man har da et mål for Va relativt til Vref
29.04.2016 INF 1411 107
Digital-til-analog konvertere (DAC)
• Ofte trenger man en analog representasjon av digitale verdier, f.eks høytalere som er koblet til en PC eller en MP3-spiller
• ADC’er er ofte enklere å lage, og har heller ikke de samme utfordringene med oppløsning og hastighet
• ADC’er er nesten utelukkende basert på opamp’er og motstandsnettverk, eventuelt transistorer
• Sammenhengen mellom den digitale og analoge representasjonen er gitt av
der V0 er den analoge verdien, V er en proporsjonalitetsfaktor og an bit nummer n i det digitale tallet som skal konverteres
29.04.2016 INF 1411 108
VaaaaaV N
N
n
N
o )2222( 01
1
2
2
2
2
1
1 -
-
-
-
DAC med binærvektet motsandsnettverk
29.04.2016 INF 1411 109
SN-1
SN-2
SN-3
SN-0
-
+
BitN-1
BitN-2
BitN-3
Bit0
R
2R
4R
2N-1R
-’Vref =’1’
’0’
R’
Vo
Strøm-til spenningskonverter
Eks: MSB=’1’ og de andre bitene =’0’IR=-VR/R og Vo=VRR’/R
Digital bryter
Implementasjon av digitale brytere
29.04.2016 INF 1411 110
Q
Q’
OpAmp inputlinje
-Vref
Q’
OpAmp inputlinje
Vref
-
+
Elektroniske systemer side 100
AD - OMFORMER
Elektroniske systemer side 100
AD - OMFORMER
OppsummeringsspørsmålKapittel 19.1-19.5
Spørsmål 1
AD-konvertering vil si
a) Å konvertere et dc-signal til et ac-signal
b) Å konvertere et ac-signal til et dc-signal’
c) Å konvertere et digitalt signal til et analogt signal
d) Å konvertere et analogt signal til et digitalt signal
29.04.2016 INF 1411 114
Spørsmål 2
Presisjonen til et digitalt signal
a) Er bestemt av spenningene som benyttes for å kode ‘0’ og
‘1’
b) Er bestemt av antall bit i det digitale ordet
c) Er avhengig av samlingshastigheten
d) Er avhengig av klokkefrekvensen til det digitale systemet
29.04.2016 INF 1411 115
En ADC med suksessiv tilnærming
a) Er raskere enn en parallell-ADC
b) Bruker en spenningsfølger for å sammenligne spenninger
c) Trenger i verste fall 2N klokkesykler for et N-bits digitalt ord som representerer en analog
spenning
d) Trenger ikke en DAC for å kontrollere tellingen
Spørsmål 3
En ADC med parallellkomparator
a) Trenger ikke et klokkesignal
b) Er langsommere enn en ADC med suksessiv tilnærming
c) Trenger mindre hardware enn en ADC med opp/ned-teller
d) Håndterer ikke spenninger som varierer over tid
Spørsmål 4
En dual-slope ADC
a) Baserer seg på derivasjon
b) Har samme oppløsning uavhengig av nivået på referanse-spenningen
c) Er følsom for støy (fra f.eks lysnettet)
d) Har lavere oppløsning enn teller-basert ADC
Spørsmål 5
En DAC
a) Gir bedre presisjon på på analog-siden enn på digitalsiden
b) Det er vanskeligere å lage en DAC med høy oppløsning enn en ADC
c) En DAC trenger alltid et klokkesignal
d) Gir aldri bedre oppløsning på det analoge signalet enn på det digitale signalet
Spørsmål 6