Základní vlastnosti A/D převodníků

Prezentace na téma: "Základní vlastnosti A/D převodníků"— Transkript prezentace:

1 Základní vlastnosti A/D převodníků
Statická charakteristika Základní vlastnosti: rozlišovací schopnost krok kvantování chyba kvantování rychlost převodníku kód převodníku přesnost převodníku stabilita převodníku

2 Funkční schéma A/D převodníku analogový signál VZORKOVÁNÍ KVANTOVÁNÍ
• analogově - číslicový převod lze rozdělit na tři fáze KVANTOVÁNÍ KÓDOVÁNÍ výstupní slovo

3 Analogově číslicový převod analogový signál vzorkovací impulsy
vzorkovaný signál kvantování • výstup je vyjádřen kódování tříbitovým slovem

4 Komparační A/D převodníky
• porovnává se vstupní Paralelní A/D převodník spojitá veličina s kvantovanou referenční veličinou • u paralelního převodníku se porovnání uskutečňuje současně se všemi možnými úrovněmi referenční veličiny • pro n - bitový převodník je zapotřebí 2 n – 1 komparátorů • vysoká rychlost převodu

5 Kompenzační A/D převodník s postupnou aproxinací
• je založen na postupném porovnávání vstupní analogové veličiny s nastavovanou kompenzační veličinou • velikost kompenzační veličiny se mění tak dlouho, až rozdíl je menší než chyba kvantování 6

6 Integrační A/D převodník s postupnou aproximací
Tento AČP (angl. successive approximation ADC) je nejdůležitějším typem kompenzačních AČP. Kompenzační AČP jsou v podstatě samočinnými kompenzátory napětí. Vstupní analogové napětí Ux se v nich srovnává se zpětnovazebním kompenzačním napětím UČAP na výstupu číslicově-analogového převodníku (ČAP), které se mění tak dlouho, dokud rozdíl mezi oběma napětími není menší než rozlišovací schopnost AČP. Pak je odpovídající číslo na vstupu ČAP výstupem AČP. Princip AČP s postupnou aproximací probíhá v n taktech. V prvním taktu je určena hodnota nejvýznamnějšího bitu (MSB): odpovídající signál je vyslán jako logická 1 z aproximačního registru AR (ostatní výstupy AR jsou logické 0). Pomocí ČAP je převeden na napětí UČAP = UR/2 (UR je vstupní rozsah AČP) a porovnán pomocí napěťového komparátoru NK s Ux. Je-li UČAP < Ux, ponechá se MSB = 1, v opačném případě by se nastavilo MSB = 0. V dalším taktu je testován bit MSB-1 pomocí jemu odpovídajícího napětí UR/4, které se přičte k napětí na výstupu ČAP z předchozího taktu. Výsledné napětí UČAP je opět srovnáno s Ux; je-li UČAP > Ux je zkoušený bit nastaven na 0. Stejná procedura se opakuje pro zbývající bity ČAP. Počet taktů převodu je tedy roven počtu bitů ČAP (ve skutečnosti je jeden takt přidán na počáteční vynulování-AR). Celková doba převodu se označuje TP.

7 Integrační A/D převodník s postupnou aproximací
AČP s postupnou aproximací se vyrábějí jako 8 až 16-bitové. Jejich doba převodu je zhruba 10 ms. Používají se : v rychlých systémových (vzorkovacích) voltmetrech, schopných dosáhnout měření/s, jako vstupní převodníky pomalejších číslicových osciloskopů a číslicových pamětí dynamických dějů (angl. transient recorder) jako součásti zásuvných modulů do počítačů. Vyžadují konstantní vstupní napětí během doby převodu Tp (jinak může dojít ke značným chybám), proto se na jejich vstup umísťuje vzorkovač s pamětí. AČP s postupnou aproximací nejsou odolné proti sériovému rušení.

8 Integrační A/D převodník s dvojí integrací
Tento AČP (zvaný také AČP s dvojí integrací nebo s dvousklonnou integrací, angl. dual-slope integration ADC) je základním typem integračního AČP. Jeho výstup je roven průměrné hodnotě vstupního napětí Ux za konstantní dobu T1. Před začátkem převodu je integrační kondenzátor C vybit a dekadický čítač DČ (tj. čítač s údajem v desítkové soustavě) vynulován. Převod probíhá ve dvou taktech. V prvém taktu T1 je vstupní napětí Ux připojeno ke vstupu integrátoru I. Délka taktu T1 je pevná a je určena dobou potřebnou k naplnění čítače DČ impulsy hodinové frekvence fo z krystalového oscilátoru KO.

9 Integrační A/D převodník s dvojí integrací
Po naplnění je čítač samočinně vynulován přičtením následujícího vstupního pulsu a impuls přenosu Pc je vyslán do jednotky řídicí logiky ŘL. ŘL změní polohu kontaktu přepínače P1 a je zahájen takt T2. Během tohoto (druhého) taktu je integrováno referenční napětí Ur, jehož polarita je opačná proti Ux. Absolutní hodnota výstupního napětí integrátoru Ui2 se začne zmenšovat a jakmile dosáhne nuly, druhý takt končí. Délka intervalu T2 je změřena čítáním pulsů f0 v dekadickém čítači DČ a je měřítkem Ux.

10 Integrační A/D převodník s mezipřevodem napětí na frekvenci
K integračním AČP patří také AČP s mezipřevodem napětí na frekvenci, u kterých se nejprve měřené napětí převede na periodické napětí s frekvencí úměrnou vstupnímu napětí a tato frekvence se změří čítačem.