Przetworniki C/A. Ryszard J. Barczyński, 2016 Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Transkrypt

1 Przetworniki C/A Ryszard J. Barczyński, 2016 Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

2 Przetwarzanie C/A i A/C Większość rzeczywistych sygnałów to sygnały analogowe. By je przetwarzać w dzisiejszych systemach zwykle musimy je najpierw przekształcić do postaci cyfrowej. Niekiedy musimy również sygnał wyjściowy naszego kontrolera przekształcić do postaci analogowej. (Poznamy też quasi analogową postać sygnału PWM)

3 Przetworniki A/C i C/A Istnieje duża liczba różnych typów przetworników A/C i C/A... o różnych właściwościach Niektóre z nich z nich są praktycznie samodzielnymi urządzeniami... inne możemy łączyć zarówno do portów jak i do szyny mikrokontrolera... coraz bardziej popularne są układy łączone przez lokalne łącza szeregowe Wiele mikrokontrolerów ma wbudowane przetworniki A/C... wraz z multiplekserami a nawet wzmacniaczami Oraz układy PWM... które mogą służyć jako niezbyt szybkie przetworniki C/A

4 Parametry przetworników cyfrowo analogowych Parametry wejścia Rozdzielczość (liczba bitów) Rodzaj kodu Poziomy logiczne Format danych (szeregowy, równoległy...) Dokładność przetwarzania Błędy Niestabilności termiczne Parametry wyjścia Napięciowe czy prądowe Zakresy Polaryzacja Parametry dynamiczne Czas ustalania Częstotliwość maksymalna Parametry źródła odniesienia Zasilanie

5 Błąd dyskretyzacji (kwantyzacji) Błąd wynika z samej istoty procesu kwantowania sygnału analogowego przy przetwarzaniu go na postać cyfrową. Bity Liczba poziomów S/N [db] Przedział kwantowania [mv], fs=10v ,9 39, , ,1 0,15

6 Błędy przetwarzania C/A Błąd przesunięcia zera

7 Błędy przetwarzania C/A Błąd skalowania (wzmocnienia)

8 Błędy przetwarzania C/A Błąd nieliniowości różniczkowej

9 Błędy przetwarzania C/A Błąd nieliniowości całkowej

10 Błędy przetwarzania C/A Charakterystyka przetworników z mniejszym i większym błędem nieliniwości różniczkowej. W drugim przypadku doszło już do zaburzenia monotoniczności przetwornika, co w wielu zastosowaniach może być nie do przyjęcia.

11 Parametry dynamiczne przetwornika C/A Podstawowym parametrem dynamicznym przetwornika jest czas ustalania się wartości wyjściowej. Często należy też brać pod uwagę maksymalną częstotliowść przetwarzania. Istotna bywa również maksymalna prędkość zmian napięcia wyjściowego S UOM.

12 Konstrukcja przetworników C/A Klasyczny przetwornik C/A zawiera zespół przełączników analogowych, precyzyjnych rezystorów i precyzyjne źródło napięcia (lub prądu) odniesienia.

13 Konstrukcja przetworników C/A Najprostszą zasadę działania i konstrukcję mają przetworniki z sieciami rezystorów wagowych. Ich wadą jest konieczność stosowania precyzyjnych rezystorów bardzo różniących się wartością. Jest to trudne do osiągnięcia w monolitycznych układach scalonych.

14 Przetworniki z sieciami R 2R Zbliżenie wartości rezystorów w sieci można osiągnąć stosując sieć R 2R. Spotyka się kilka zbliżonych układów wykorzystujących podobny układ rezystorów.

15 Przetwornik C/A z przełączaniem prądów Zastąpienie przełączników napięć przełącznikami prądów umożliwia uniknięcie błędów spowodowanych przez niedoskonałości przełączników elektronicznych. Układ taki jest nieczuły na resztkowe napięcia występujące na przełącznikach.

16 Układ z sumowaniem prądów Układ z sumowaniem prądów wykorzystuje zestaw źródeł prądowych o wagowo zmieniających się wydajnościach. W technice układów scalonych często wykorzystuje się możliwość wykonania źródeł prądowych poprzez zmianę wielkości struktur tranzystorów lub zastosowanie tranzystorów o wielu emiterach.

17 Układy mnożące przetworników C/A W wielu przetwornikach C/A istnieje możliwość wykorzystania wejścia prądu (rzadziej napięcia) odniesienia jako wejścia analogowego. Wynik przetwarzania jest wtedy iloczynem cyfrowej wartości przetwarzanej i wartości odniesienia na wejściu analogowym.

18 Prosty układ mikrokontrolera z wyjściem analogowym Przetwornik C/A jest przyłączony bezpośrednio do portu

19 Układ wyjścia analogowego Przykład: MAX530 Przyłączony do szyny procesora Wbudowane rejestry (zatrzaski) Wewnętrzne napięcie odniesienia