Transcript ΕΝΟΤΗΤΑ 8η Μετατροπείς Αναλογικού Σήματος σε Ψηφιακό (ADC)

Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
ΕΝΟΤΗΤΑ 8η
Μετατροπείς
Αναλογικού Σήματος σε Ψηφιακό (ADC)
Ο
Flash A/D
A/D με μετρητή και δικτύωμα κλίμακας
Ο Α/D διαδοχικής προσέγγισης
Ολοκληρωμένοι ADC
Σφάλματα A/D μετατροπέων
Εισαγωγή
Η μετατροπή αναλογικού σήματος σε ψηφιακό (A/D conversion) είναι
η πλέον σημαντική διεργασία σε ένα ψηφιακό σύστημα που
διασυνδέεται με τον πραγματικό κόσμο. Tα διάφορα φυσικά μεγέθη
(πίεση, θερμοκρασία, τάση, απόσταση κλπ.) μεταβάλλονται με
αναλογικό τρόπο. Κατά συνέπεια, η μετατροπή τους σε τάση μέσω
κάποιου αισθητηρίου δημιουργεί ένα αναλογικό σήμα τάσης, το
οποίο για να εισαχθεί σε κάποιο ψηφιακό σύστημα επεξεργασίας
πρέπει να κωδικοποιηθεί κατάλληλα. Το κύκλωμα που
χρησιμοποιούμε γι’ αυτήν την κωδικοποίηση το αποκαλούμε
μετατροπέα Α/D (A to D converter).
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
Flash ADC – Αρχή λειτουργίας
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
Γενικό διάγραμμα
Flash ADC
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
Κλιμακωτή τάση αναφοράς
Μετατροπέας A/D με μετρητή και δικτύωμα κλίμακας
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
Μετατροπέας A/D με μετρητή και δικτύωμα κλίμακας
Κάθε σκαλοπάτι της τάσης αναφοράς εφαρμόζεται στη μία είσοδο του
συγκριτή, ενώ η αναλογική τάση που πρέπει να ψηφιοποιηθεί εφαρμόζεται
στην άλλη είσοδο του συγκριτή. Όσο η τάση αναφοράς που παράγεται από
το δικτύωμα κλίμακας είναι μικρότερη από την αναλογική τάση εισόδου, το
κύκλωμα ελέγχου επιτρέπει την εφαρμογή του ωρολογιακού παλμού
ρολογιού (CLOCK) στον μετρητή, με αποτέλεσμα αυτός να συνεχίζει να
αυξάνει το δυαδικό περιεχόμενο της εξόδου του. Μόλις όμως η τάση
αναφοράς γίνει μεγαλύτερη ή ίση με την τάση εισόδου, τότε η έξοδος του
συγκριτή αλλάζει κατάσταση και το κύκλωμα ελέγχου διακόπτει την
εφαρμογή των παλμών του ωρολογιακού σήματος στον μετρητή. Σαν
αποτέλεσμα, οι γραμμές εξόδου του μετρητή περιέχουν τώρα τη δυαδική
κωδικοποίηση της αναλογικής τάσης εισόδου και μπορούν να μεταφερθούν
στην ψηφιακή έξοδο.
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
Τεχνική της διαδοχικής προσέγγισης
Στην
τεχνική
της
διαδοχικής προσέγγισης
το διάστημα δυαδικών
τιμών όπου αντιστοιχίζουμε την αναλογική
είσοδο διαιρείται δια δύο
και στη συνέχεια η αναλογική είσοδος αντιστοιχίζεται στο κάτω ή στο
πάνω διάστημα.
Ακολουθεί νέα διαίρεση
διά δύο.
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
Τεχνική της διαδοχικής προσέγγισης
CLOCK ΕΛΕΓΧΟΣ
Συγκριτής
Σήματα
χρονισμού
& ελέγχου
SAR
DAC
Αναλογική
είσοδος
LSB
TRI-STATE
BUFFER
Ψηφιακή
έξοδος
MSB
Διάγραμμα βαθμίδων ενός τυπικού μετατροπέα A/D
διαδοχικών προσεγγίσεων
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
Ποτενσιομετρική μετατροπή με ADC
Με την ποτενσιομετρική
μετατροπή το δυναμικό που
διεγείρει
τον
αισθητήρα
χρησιμοποιείται
και
ως
δυναμικό αναφοράς. Με τον
τρόπο αυτό απαλείφονται
σφάλματα που οφείλονται
στην ολίσθηση της τάσης
αναφοράς
(π.χ.
λόγω
μεταβολών
στη
θερμοκρασία).
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
Το Ολοκληρωμένο Κύκλωμα ΑDC0804
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
Τυπική εφαρμογή με τον ADC0804
Εφαρμογή ελεύθερης
λειτουργίας του μετατροπέα
ADC0804
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
Εφαρμογές με τον ADC0804
Μετατροπή θετικών και
αρνητικών τάσεων με τον
μετατροπέα ADC0804
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
O MAX120 στην απλούστερη
δυνατή λειτουργία συνεχούς
μετατροπής
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
Ο MAX120 με μνήμη FIFO
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
Οι Σειριακοί Μετατροπείς A/D
ΑDC0831 και ΑDC0832
Διαγράμματα ακροδεκτών των μετατροπέων A/D
ADC0831 και ADC0832
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
Διάγραμμα χρονισμού για τον ADC0831
Ο ψηφιακός κώδικας που αντιστοιχεί στην αναλογική είσοδο (Vin)
μεταδίδεται bit προς bit μέσω ενός σειριακού ακροδέκτη εξόδου (D0), σε
συγχρονισμό με μια είσοδο ρολογιού που δέχεται ο μετατροπέας (CLK).
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
Διάγραμμα χρονισμού για τον ADC0832
Ο ψηφιακός κώδικας που αντιστοιχεί στην αναλογική είσοδο (Ch0 ή Ch1)
μεταδίδεται bit προς bit μέσω ανός σειριακού ακροδέκτη εξόδου (D0), σε
συγχρονισμό με μια είσοδο ρολογιού που δέχεται ο μετατροπέας (CLK). Η
είσοδος DI επιλέγει κανάλι εισόδου.
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
Σφάλματα A/D μετατροπέων
Παραδείγματα διαφορικής μη-γραμμικότητας σε ADC: DNL χωρίς χαμένους
κώδικες (α και β) και DNL όπου λείπει ο κώδικας 10.
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων
Σφάλματα A/D μετατροπέων
Σφάλμα ενίσχυσης και πλήρους κλίμακας (gain error and Full scale error)
Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, «Ενίσχυση Σπουδών Πληροφορικής», ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ
Ιωάννη Καλόμοιρου, Συστήματα Συλλογής Πληροφοριών και Μετρήσεων