Analogno digitalni (A/ ( A/D) D) pretvarači
Uvod c A/D
pretvara či pretvaraju analognu veli činu (napon) u ekvivalentnu digitalnu vrijednost. Ulazni napon u intervalu [0,V REF] pretvara se u digitalnu vrijednost [0, 2N-1], gdje je N razlu čivost pretvara ča. c Osnovni parametri A/D pretvara ča su razlu čivost (broj bitova) i brzina pretvorbe (broj uzoraka/s – sps ). ). c Brzina pretvorbe treba biti najmanje dvostruko ve ća od najviše najviše frekvencij frekvencije e prisutne prisutne u signalu signalu – Niquistov Niquistov kriterij, a za rekonstrukciju amplitude 5- 10 puta veća. c Prema na činu rada razlikujemo sljede će vrste pretvarača: (flash ) pretvarači c cjevovodni (pipeline ) pretvarač i c pretvara č i sa sukcesivnom aproksimacijom c sigma sigma – delta pretvara pretvarači c (integracijski pretvarač i) c paralelni
2
c
Prijenosna funkcija A/D pretvara ča:
3
Paralelni (flash) pretvarači c
Velika brzina pretvorbe (ve ća od 1Gsps), mala razlu čivost (do 8 bita)
c
Pretvorba se obavlja u jednom koraku.
c
Pretvara č sadrži komparatora.
c
Naponsko djelilo sa 2N otpornika generira referentne napone s kojima se uspoređuje ulazni napon
2N-1
4
Cjevovodni (pipelined) pretvarači c
Kompromis između brzine pretvorbe (~200MSps), razlučivosti (8-16 bita) i složenosti izvedbe. c Nakon završetka pretvorbe na odre đenom stupnju ostatak uzorka signala se prenosi dalje a taj stupanj je slobodan za sljede ći uzorak
5
c
Kašnjenje (latency ) kod cjevovodnih pretvara ča:
6
Pretvarači sa sukcesivnom aproksimacijom c
Brzina pretvorbe do 5 Msps, razlu čivost 8-16 bita.
c
Pretvorba se obavlja postupkom binarnog pretraživanja. VDAC VREF
3/4 VREF 11 / 16
VREF
5/8 VREF 1 /2
VREF
1
X0 1
1
1
7
Sigma – delta pretvarači c
Brzina pretvorbe do bita).
c
Ulazni signal se kompenzira u povratnoj vezi preko 1-bit A/D i D/A pretvarača frekvencijom višestruko ve ćom od osnovne frekvencije A/D pretvarača. Gustoća logičkih jedinica u signalu y(n) proporcionalna je vrijednosti ulaznog signala.
1
Msps (tipično 0, 1 Msps), razlučivost
14-20
8
Usporedba A/D pretvarača c
Kontinuirana pretvorba jednog analognog signala:
Brzina Paralelni 1
Gsps Cjevovodni SA
1
Msps
Σ-∆
8
16
24
Razlučivost 9
c
Pretvorba više analognih signala (multipleksiranje):
Brzina Paralelni 1
Gsps
SA 1
Msps Cjevovodni Σ-∆
8
16
24
Razlučivost 10
Praktična rješenja - analogni dio c
Generiranje napona:
referentnog
c
A/D pretvarači u pravilu imaju ulazni signal VREF/2 koji odre đuje polovinu opsega ulaznog signala A/D pretvarača
c
Prikazana izvedba omogućuje precizno podešavanje referentnog napona uz temperaturnu kompenzaciju.
c
Stabilnost referentnog napona uz kompenzaciju ili kontrolu temperature je bolja od 20 ppm.
11
c
Analogno multipleksiranje: Omogućuje korištenje jednog A/D pretvara ča za pretvorbu više analognih signala. Ukupan broj uzoraka koji je mogu će pretvoriti u jedinici vremena dijeli se na više kanala. c Nedostatak je što nije mogu će dobiti uzorke svih signala u istom trenutku. c Primjer - 4067B: c
12
Praktična rješenja - povezivanje s procesorom 1.
A/D pretvarač ugrađen u mikrokontroler •
Prednosti: manji broj komponenti u sustavu, ne troše se U/I linije mikrokontrolera za komunikaciju s A/D-om
•
Nedostaci: razlučivost ograničena na pretvorbe na sukcesivnu aproksimaciju
10
bita, a na čin
Primjer - Siemens C167: Izvor: www.siemens.com
13
2. A/D pretvarač vezan na sabirnicu mikroprocesora • • •
Prednosti: nema ograničenja na vrstu pretvara ča, brzinu i razlučivost. Nedostaci: Potrebno je koristiti vanjsku sabirnicu. Primjer – ADC0804 (8 bita, 10 ksps). Izvor: www.national.com
14
3. A/D pretvarač vezan serijski • • •
Prednosti: potreban mali broj signalnih linija (1-3), pretvarač može biti udaljen od procesora (npr. uz senzor). Nedostaci: Ograničena brzina prijenosa podataka. Primjer – ADC08031-ADC08038 (sukcesivna aproksimacija, 1-8 analognih ulaza, 8 bita, 0, 1 Msps, sinkrona serijska komunikacija do 1 Mbit/s). Izvor: www.national.com
15
c
Primjer: Dallas DS2450 c Sukcesivna
aproksimacija, 4 analogna ulaza, programabilna razlučivost 8-16 bita (garantirana to čnost 8 bita), cca. 1 ksps, 1Wire komunikacija 16.3 kbps ili ubrzana do 142 kbps.
c Neiskorištene
analogne ulaze mogu će je koristiti kao digitalne
izlaze. c Moguće
napajanje preko DATA linije.
16
• Primjer: Dallas DS18S20 digitalni senzor temperature – Razlučivost 9 bita (1 bit = 0,5oC), vrijeme pretvorbe max. 750 ms, 1-Wire komunikacija 16.3 kbps. – Nema A/D pretvorbe – mjerenje se obavlja usporedbom frekvencija termostabilnog i termoosjetljivog oscilatora. – Mjerenje temperature u opsegu –55 do +125oC. – Moguće napajanje preko DQ linije. Izvor: www.dalsemi.com
17
