Podstawowe funkcje przetwornika C/A

Transkrypt

1 ELEKTRONIKA CYFROWA PRZETWORNIKI CYFROWO-ANALOGOWE I ANALOGOWO-CYFROWE Literatura: 1. Rudy van de Plassche: Scalone przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe, WKŁ Marian Łakomy, Jan Zabrodzki: Scalone przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe, WKŁ Noty katalogowe producentów Podstawowe funkcje przetwornika C/A B 0 C/A U 0 B n-1 R ref wartość odniesienia (napięcia lub prądu) B 0 najmniej znaczący bit (LSB) B n-1 najbardziej znaczący bit (MSB) q s przedział kwantyzacji (minimalny skok, z użyciem liczb całkowitych q s = R ref ) W zapisie z użyciem liczb ułamkowych

2 Podstawowe funkcje przetwornika A/C P/P wzmacniacz próbkująco-pamiętający D 0 wartość cyfrowa sygnału analogowego q e błąd kwantyzacji Kwantowanie

3 Ilustracja procesu kwantowania W tym przypadku błąd kwantyzacji zmienia się od 0 do Q

4 Teraz błąd kwantyzacji zmienia się od -½Q do ½Q Na ogół wartości błędów dla poszczególnych wartości x a nie są znane. Dlatego podczas analizy skutków kwantowania przyjmuje się, że: 1) ciąg wartości błędów jest realizacją stacjonarnego procesu losowego; 2) ciąg wartości błędów jest nie skorelowany z ciągiem dokładnych wartości napięć na wejściu kwantyzatora; 3) błąd kwantyzacji jest. białym szumem, tzn. zmienne losowe tworzące proces błędu są nieskorelowane; 4) rozkład prawdopodobieństwa procesu błędu jest rozkładem równomiernym w zakresie błędu kwantyzacji. Przy tych założeniach można korzystać ze statystycznego modelu procesu kwantowania.

5 Wtedy średniokwadratowy błąd kwantowania Błąd kwantowania jest nieodłącznie związany z procesem kwantowania i nie można go wyeliminować. Możemy go jedynie zmniejszać, zmniejszając szerokość kroku kwantowania Q. Traktując błąd kwantowania jako addytywny sygnał szumowy, możemy operować pojęciem stosunku sygnału do szumu. - średniokwadratowa wartość napięcia wejściowego. W mierze logarytmicznej Stosunek sygnału do szumu zwiększa się o około 6 db, przy zwiększeniu długości słowa kodowego o 1 bit. W praktyce stosowane są również charakterystyki z kwantowaniem nierównomiernym.

6 Kodowanie

7 Próbkowanie sygnału analogowego

8 Jeżeli ograniczy się szybkość zmian sygnału analogowego oraz będzie się próbkować z dostatecznie dużą częstotliwością, to jest możliwe jednoznaczne odtworzenie sygnału na podstawie znajomości ciągu próbek. Twierdzenie o próbkowaniu Shannona-Kotelnikowa Przebieg o ograniczonym paśmie o częstotliwości granicznej f m jest całkowicie określony przez swoje próbki pobierane z częstotliwością większą niż 2f m. Przetworniki cyfrowo-analogowe Liczba Jest zamieniana na sygnał analogowy gdzie R sygnał odniesienia

9

10 Błędy przetworników rzeczywistych Dokładność bezwzględna określa, jaka jest największa różnica między rzeczywistą wartością wyjściowego sygnału przetwornika a wartością, jaka powinna wystąpić na wyjściu, po przyłożeniu na wejście określonego słowa kodowego. Źródła błędów przy pomiarze dokładności: błędy wzmocnienia, błędy przesunięcia zera, błędy liniowości, szumy i zakłócenia w układzie pomiarowym.

11 Dokładność względna mierzona jest jako największe względne odchylenie sygnału wyjściowego przetwornika od wartości, jaka powinna wystąpić na wyjściu przy przyłożeniu określonego słowa kodowego mierzone po wyregulowaniu błędów wzmocnienia i usunięciu przesunięcia zera, odniesione do zakresu przetwornika. gdzie U o - sygnał wyjściowy przetwornika; U N - oczekiwana wartość sygnału wyjściowego; U Fs - zakres przetwornika (nominalny). Dokładność względna wyrażana jest zwykle w procentach lub częściach kroku kwantowania Q. Dokładność przetwornika może także być interpretowana jako miara jego nieliniowości całkowitej gdyż oczekiwane wartości wyjściowego sygnału przetwornika leżą na linii prostej (idealnej charakterystyki przejściowej). Szybkość przełączania Szybkość narastania sygnału wyjściowego, Czas ustalania

12 Klasyfikacja przetworników ze względu na metody przetwarzania C/A: 1. Przetworniki z ważonymi dwójkowo źródłami prądowymi, Przykład stosowania przetwornika AD563

13 2. Przetworniki z drabinką oporową

14 Przetworniki analogowo-cyfrowe Błędy: Błąd zera Błąd wzmocnienia Błąd liniowości całkowej

15 Metody konwersji bezpośredniej Przetworniki równoległe

16 przetworniki szeregowo-równoległe

17 Metody prób i błędów

18 Metody całkowe Najpierw dokonuje się przetworzenia napięcia wejściowego na wielkość pośrednią (czas, częstotliwość). Następnie wykonywany jest pomiar wielkości pośredniej.

19 Przykłady not katalogowych przetworników: df C1158,P1554,D P1658