analog sayısal donüştürücüler

8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler

1/23

69

SAYISAL TASARIM Derin

DNTRCLER

Bu blmde aadaki konular anlatlacaktr.

Saysal ve Analog sinyaller

lemsel ykselteler (Operatinal Amplifier-Op-Amp)

Saysal-Analog eviriciler (D/A Converters)

kilik Arlkl D/A evirici

R-2R Merdiven tipi D/A evirici

Analog-Saysal eviriciler (A/D Converters)

Paralel Karlatrc, Simultane (Flash) A/D eviriciler

Tek rampal veya tek eimli (single slope) A/D eviriciler

ift rampal veya ift eimli (dual slope) A/D eviriciler

SAYISAL-ANALOG (DAC)ANALOG-SAYISAL(ADC)

BLM 11


2/23

70


GR

Gnmzde kullanlan bir ok fiziksel byklk analogformdadr. Scaklk , basn,hz gibi byklkler anolog byklklere rnek gsterilebilir. Bir analog byklnsaysal sitemler iin anlalabilir olmas iin verilerin analog ekilden saysal ekledntrlmesi gerekir. Bu ilem iin anlog-saysal evirici (anlog-to-digitalconverter) kullanlmaldr. Ayn ekilde bir saysal verinin analog byklkleredntrlmesi iin saysal-analog evirici (digital-to-analog converter)kullanlmaldr.

Fiziksel byklklerin elektriksel byklklere evrilmesi dntrcler(transducers) yardm ile olur. eviriciler (transducers), basn, scaklk, pozisyon,analog gerilim veya akm gibi dntrd fiziksel byklk ile adlandrlrlar.rnein termistr scaklk lm iin kullanlan en temel eviricidir. Bir termistraslnda scaklk duyarl bir direntir. Scaklk deiiminde direnci deiecektir.Bylece zerinden akan akm ve gerilim deieceinden scaklk elektrikselbyklklere dntrlm olacaktr.

11.1 LEMSEL YKSELTELER (OPERATONAL AMPLIFIER)

D/A evirici veya A/D evirici konularna balamadan nce bu iki devrede kullanlan

bir eleman

n tan

nmas

gerekir. Bu eleman ilemsel ykselte(operational amplifier)veya ksaca op-amp diye adlandrlr. Gnmzde ilemsel ykselteler entegredevre yapsnda retilirler. Dardan balanan birka eleman yardm ile evirenykselte, evirmeyen ykselte, toplayc devre, karc devre, integral alc devreveya trev alc devre gibi geni bir uygulama aln vardr.

Op-amp eviren(inverting) ve evirmeyen(noninverting) adl iki girie sahip lineer birykseltetir. Eviren giri (-) ile iaretlenirken, evirmeyen giri (+) ile iaretlenmitir.Eviren girie uygulanan iaret kta 180 derecelik faz farkna urayacaktr.grlecektir. Evirmeyen girie uygulana iaret k iareti ile ayn fazda olacaktr.Op-ampn iki giri ucundan baka iki adet besleme ve bir k ucu vardr. Besleme

gerilimi simetrik besleme kaynandan salanabilecei gibi, tek besleme kaynadakullanlabilir. ekil 11.1 bir ilemsel ykselte (op-amp) semboln gstermektedir.

+

-

+V

-V

Eviren giri

Evirmeyen girik

ekil 11.1lemsel ykselte (op-amp) sembol


3/23

71


Bir op-amp zellikleri aadaki gibidir;

ok yksek giri empedansna (ideal op-amp iin sonsuz kabul edilir)sahiptir.

k empedans ok dktr (ideal op-amp iin 0 kabul edilir). Gerilim kazanc(AV) ok yksektir. Bant genilii ok yksektir. Evirmeyen giri ile eviren giri ayn potansiyeldedir.

11.1.1 Eviren Ykselte (Inverting Amplifier)

Bir op-amp ykseltec olarak kullanld zaman gerilim kazancnn doru olarakbelirlenebilmesi iin negatif bir geri beslemenin olmas gerekir. ekil 11.2 bir op-ampleviren ykselte devresini gstermektedir.

+

-VOUT

VINR1

RF

I1IF

0V

ekil 11.2 Eviren ykselte

Devrede evirmeyen giri topraa balanm, giri iareti R1 direnci ile evirmeyengirie balanmtr. k ile eviren giri arasna balanan RF direnci geri beslemeyisalamaktadr. Op-ampn gerilim kazanc ok yksek olduundan topraa bal olanevirmeyen giri, eviren giri potansiyelinin toprak potansiyelinde olmasna yol aar.Bu duruma grnr toprak (zahiri toprak ) ad verilir. Op-ampn i direnci ok yksekolduundan i devre zerinden bir akm akmaz. Bu durumda giri akm geribeslemeakmna eit olacaktr. Eitlii yazarsak;

1

F

V

IN

OUTV

1

FINOUT

F

OUT

1

IN

F1

R

R

-=A

V

V=A

R

RV-=V

R

V-0=

R

0-V

I=I


4/23

72


olacaktr. Son eitlikten grld gibi gerilim kazanc geribesleme direnci ile giri

direnci arasndaki orandr. fadedeki iareti giri gerilimi ile k arasnda 180derece faz fark olduunu gsterir.

rnek:

ekildeki eviren ykselte devresinde k gerilimi (VOUT) ve gerilim kazancnhesaplaynz.

+

-V

OUT

1V1K

10K

zm:

-10V=

K1

10K-1V=

R

R-VI=V

1

FNOUT

olacaktr. Gerilim kazanc ise;

10=

1K

10K-=

R

R-=Av

1

F

olacaktr.

11.1.2 Evirmeyen Ykselte (Noniverting Amplifier)

Evirmeyen ykselte devresinde, eviren giri R1 direnci zerinden topraabalanrken, giri iareti evirmeyen girie uygulanmtr.


5/23

73


+

-VOUT

VIN

R1

RF

I1

IF

0V

ekil 11.3 Evirmeyen ykselte-

Op-ampn eviren uu ile evirmeyen ucu arasndaki potansiyel fark 0V olduundan R1direnci zerinde giri gerilimi grlecektir. Bu durumda giri akm ile geribeslemeakm birbirine eittir(I1=IF). Bu durumda,

1

FV

1

F1OUT

1

1

F

1OUT

1F

R

R+1=A

)R

R+1(V=V

R

V=

R

V-V

I=I

olacaktr.

rnek:

ekildeki evirmeyen ykselte devresinde k gerilimi (VOUT) ve gerilim kazancnhesaplaynz.

500K

+100K

-V

OUT

VIN

=2V

R1

RF


6/23

74


zm:

V12+=

)K100

K500+1(V2=

)R

R+1(V=V

1

F1OUT

olacaktr.Gerilim kazanc ise,

6=A

)K100

K500+1(=A

)

R

R+1(=A

V

V

1

FV

olacaktr.

11.1.3 Toplam Alma Ykselte (Summing Amplifier)

Ayn zamanda eviren ykselte olarak alan bu devre, analog sistemlerdekullanlan ilemsel ykselte devrelerinin belki en yararlsdr. ekil 11.3de her birgiri gerilimini sabit bir kazan faktryle arpp , sonra bunlar toplayan iki girili birtoplam alma ykselte devresi gsterilmitir.

+

-V

OUT

V1

RF

IF

0V

R1

R2

I2

I1

V2

ekil 11.4

Topraa bal olan evirmeyen giri, eviren giri potansiyelinin toprak potansiyelindeolmasna yol aacandan, geribesleme akm R1 ve R2 direnleri zerinden akanakma eit olacaktr. Bu durumda,


7/23

75


)R

RV+

R

R-(V=V

R

V+

R

V=

R

V-

I+I=I

2

F2

1

F1OUT

2

2

1

1

F

OUT

21F

olacaktr.

rnek:

ekildeki evirmeyen ykselte devresinde k gerilimini (VOUT

) hesaplaynz.

1M

+

-V

OUT

V1=5V

RF

500K

500K

R1

R2

V2=-3V

zm:

-4V=

)K500

M1)V3-(+

500K

1M-(5V=

)R

RV+

R

R-(V=V

2

F2

1

F1OUT

olacaktr.

11.2 SAYISAL-ANALOG EVRCLER (D/A CONVERTERS)11.2.1 kilik Arlkl Diren Saysal-Analog evirici

En temel tr saysal-analog evirici ikilik arlkl direnlerin bir op-amp girilerinebalanmas ile elde edilmi bir toplayc devresidir. ekil 11.? drt-bitlik ikilik arlklsaysal analog evirici devresini gstermektedir. Devrede saysal veriler D3, D2, D1 veD0 anahtarlarnn durumlar ile belirlenir. D3 anahtar drt bitlik saysal verinin enyksek deerli bitini, D0 ise en dk deerlikli bitini gstermektedir.


8/23

76


-

+

8R4R2RR

D3

D2

D1

D0

RF

VOUT

V

ekil 11.5 Drt bitlik ikilik arlkl diren D/A evirici

Devrenin almasn inceleyelim;

I. D0 anahtar kapal iken,

-

+

8R4R2RR

D3 D2 D1 D0

RF

VOUT

V

Iin=0

IF

I0

Bu durumda saysal veri D3=0, D2=0, D1=0, D0=1 durumundadr. Op-amp i

empedans

ok yksek olduundan iinden ak

m akmayacakt

r (Iin=0). Evirmeyengiri topraa balandndan, eviren giri 0Vta tutulacaktr. Bu durumda ka aitifade

)R8

R(V-=V

)R

V-0(=)

8R

0-V(

I=I

FOUT

F

OUT

F0

olacaktr.


9/23

77


II. D1 anahtar kapal iken,

-

+

8R4R2RR

D3

D2

D1 D0

RF

VOUT

V

Iin=0

IF

I1

Bu durumda saysal veri D3=0, D2=0, D1=1, D0=0 durumundadr. ka ait ifade,

)

R4

R(V-=V

)R

V-0(=)

4R

0-V(

I=I

FOUT

F

OUT

F1

olacaktr.

III. D1 ve D0 anahtarlarnn ikisi birden kapal iken,

-

+

8R4R2RR

D3

D2

D1 D0

RF

VOUT

V

Iin=0

IF

I1 I0

Bu durumda saysal veri D3=0, D2=0, D1=1, D0=1 durumundadr. ka ait ifade,


10/23

78


)R8

R+

R4

R(V-=V

)R

V-0(=)

8R

0-V(+)

4R

0-V(

I=I+I

FFOUT

F

OUT

F01

olacaktr.

Direnlerin deerleri giri verisinin basamak arlklarna gre seilmitir. Dkdeerlikli diren (R) yksek deerlikli biti (23) gsteren D3 anahtarna balanmtr.

Dier direnler 2R, 4R, 8R ise basamak arllarna gre srasyla D2, D1 ve D0anahtarlarna balanmtr.

Bu tip D/A eviricilerin bir dezavantaj diren deerleri aralnn ve saysnn farklolmasdr. rnein sekiz bitlik bir D/A evirici iin sekiz diren kullanlmal ve budirenlerin deerleri R ile 128R arasnda olmaldr. Direncin, toleranslar vescakla bal olan deiimlerine bal olarak sonu deieceinden, kararlldktr. ekil 11.? kilik arlkl D/A eviricinin saysal veriye ait k gerilimdeerlerini ve k geriliminin eklini gstermektedir.

(a)

D3 D2 D1 D0 Vout(-V)0 0 0 0 0V0 0 0 1 -1V0 0 1 0 -2V0 0 1 1 -3V0 1 0 0 -4V0 1 0 1 -5V0 1 1 0 -6V0 1 1 1 -7V1 0 0 0 -8V1 0 0 1 -9V

1 0 1 0 -10V1 0 1 1 -11V1 1 0 0 -12V1 1 0 1 -13V1 1 1 0 -14V1 1 1 1 -15V

-

+

100K50K25K12,5K

D3

D2

D1

D0

20K

VOUT

+5V


11/23

79


0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

0000

-1V-2V

-3V

-9V

-10V

-4V

-5V

-6V

-7V

-8V

-12V

-11V

-13V

-14V

-15V

VOUT

Say

salVeri

(c)

ekil 11.6kilik arlkl D/A evirici

11.2.2 R/2R Merdiven Tipi Saysal-Analog evirici

Bir dier tip D/A evirim metodu ekil 11.7 de gsterilen drt bitlik R/2R merdiventipi D/A eviricidir. Sadece iki diren deeri kullanlarak ikilik arlkl akmlar retilir.Devreden akan ikilik arlkl akmlar, op-amp ve geri besleme direnci (RF) yardm ilegirile orantl k gerilimine evrilirler. Devre olduka kark grnmesine ramenbasit diren oranlarndan dolay olduka kolaydr.

VOUT

-

+

RF

D3

D0

R12R

R2

D3

R72R

D2

R52R

D1

R32R

R4 R6 R8

R R R R

V

ekil 11.7 R/2R Merdiven Tipi Saysal-Analog evirici


12/23

80


Balangta en yksek deerlikli bit anahtar D3 n +5V luk referans

gerilimine (D3=1), dier anahtarlarn ise topraa balandn (D2=0, D1=0,D0=0) kabul edelim, giri verisi (1000)2 dir. Bu durumda R1 ve R2 paralelolarak topraa bal olur. 2R deerindeki paralel bir direncin edeer direnciR4 direncine seri R deerinde bir diren olur, bu iki seri direncin edeeri iseR3 direncine paralel 2R deerinde bir direntir. Bu iki direncin edeer direnciR6 direncine seri R arlnda olacaktr. Devrenin geri kalannda ayn tekniikullanarak ekil 11.8 a da gsterilen basitletirilmi devre elde edilir. Op-ampn evirmeyen girii topraa baldr. Edeer diren zerinden topraaakm akmayacandan, edeer diren ihmal edilir. Bu durumda k gerilimi;

5V-=

)2R

2R(5-=

)R

R(V-=V 7

F

OUT

olacaktr.

D2 anahtarnn +5V luk referans gerilimine (D2=1), dier anahtarlar ise topraabalanrsa (D3=0, D1=0, D0=0), bu durumda giri verisi (0100)2 olacaktr veekil 11.8 bde gsterildii gibi R5 direncinin solundaki btn direnler 2Rlik

bir edeer dirence indirgenecektir. Devrenin R8 direncinden itibaren Theveninedeeri bulunursa ; VTH=2,5V ve R8 direncine seri RTH=R direncini eldeederiz. Eviren giri topraa bal olduundan R7 direnci zerinden akmakmayacaktr. Bu durumda k gerilimi;

V5,2-=

)R+R

2R(2,5-=

)R+R

R(V-=V

8TH

FTHOUT

olacaktr.

D1 anahtarnn +5V luk referans gerilimine (D1=1), dier anahtarlar ise topraabalanrsa (D3=0, D2=0, D0=0), bu durumda giri verisi (0010)2 olacaktr veekil 11.8 cde gsterildii gibi R3 direncinin solundaki btn direnler 2Rlikbir edeer dirence indirgenecektir. Devrenin R8 direncinden itibaren Theveninedeeri bulunursa; VTH=1,25V ve R8 direncine seri RTH=R direncini eldeederiz. Eviren giri topraa bal olduundan R7 direnci zerinden akmakmayacaktr. Bu durumda k gerilimi;


13/23

81


V251,-=

)R+R

2R(1,25-=

)R+R

R

(V-=V 8TH

FTHOUT

olacaktr.

D0 anahtar +5V luk referans gerilimine (D1=1), dier anahtarlar ise topraabalanrsa (D3=0, D2=0, D1=0), bu durumda giri verisi (0001)2 olacaktr.

Devrenin R8 direncinden itibaren Thevenin edeeri bulunursa; VTH=0,625Vve R8 direncine seri RTH=R direncini elde ederiz. Eviren giri topraa balolduundan R7 direnci zerinden akm akmayacaktr. Bu durumda kgerilimi;

V250,6-=

)R+R

2R(0,625-=

)R+R

R(V-=V

8TH

FTHOUT

olacaktr.


14/23

82


-

+

RF

R7

RE

+5V

2R

2R

Vin=0V

2R

D2,D1,D0 anahtarlartopraa bal ikenedeer diren

a) D3=1, D2=0, D1=0, D0=0 durumuna ait edeer devre

-

+

RF

Vin=0V

2R

R7

2R

R8

R

D3=0

R5

RE2R

+5V

2R

D0=0

D1=0

-

+

RF

Vin=0V

2R

R7

2R

R8

R

RTH

R

VTH

2,5V

b) D3=0, D

2=1, D

1=0, D

0=0 durumuna ait edeer devre V5,2-=

)R2

R2(5,2-=

)R+R

R(V-=V

8TH

FTHOUT

-5V=

)R2

R2(5-=

)RR(V-=V

7

FOUT

D3=1

R2

V5

=I

D2=1

I=0

R2

V5,2=I

-

+

RF

Vin=0V

2R

R7

2R

R8

R

RTH

R

VTH0,625V

d) D3=0, D

2=0, D

1=0, D

0=1 durumuna ait edeer devre

-

+

RF

Vin=0V

2R

D3=0

D0=1

R7

2R

R4

R

R6

R

R1

R2

2R

+5V

2R

R52R

R8

R

D2=0

V625,0-=

)R2

R2(625,0-=

)R+R

R(V-=V

8TH

FTHOUT

-

I=0

R2

V625,0=I

R3

2R

D1=0

-

+

RF

Vin=0V

2R

R7

2R

R6

R

D3=0

R3

RE2R

+5V

2R

D0=0

-

+

RF

Vin=0V

2R

R7

2R

R8

R

RTH

R

VTH

1,25V

c) D3=0, D2=0, D1=1, D0=0 durumuna ait edeer devre

R52R

R8

R

D2=0

V25,1-=

)R2

R2(25,1-=

)R+R

R(V-=V

8TH

FTHOUT

R2

V25,1=I

I=0

D1=1

ekil 11.8 R/2R merdiven tipi D/A eviricinin analizi


15/23

83


D3 D2 D1 D0 VOUT(V)0 0 0 0 -0,0000 0 0 1 -0,6250 0 1 0 -1,2500 0 1 1 -1,8750 1 0 0 -2,5000 1 0 1 -3,1250 1 1 0 -3,7500 1 1 1 -4,3751 0 0 0 -5,0001 0 0 1 -5,6251 0 1 0 -6,2501 0 1 1 -6,8751 1 0 0 -7,5001 1 0 1 -8,125

1 1 1 1 -9,3751 1 1 0 -8,750

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

0000

VOUT

Giri

Verisi-0,625V

-1,250V

-1,875V

-2,500V

-3,125V

-3,750V

-4,375V

-5,000V

-5,625V

-6,250V

-6,875V

-7,500V

-8,125V

-8,750V

-9,375V

ekil 11.9 R/2R Merdiven tipi D/A evirici

11.2.3 Entegre Devre Saysal Analog eviriciler

ok popler ve ucuz bir entegre devre D/A evirici MC1408 veya edeeri olanDAC0808 dir. MC1408 standart 16 bacakl DIP paket olarak gelir ve +5V luk Vcc ileminimum -5V, maximum -15V luk VEE gerilimi gerektirir. MC1408de , bir R/2Rmerdiven tipi D/A evirici,akm ykseltecinden gelen referans akmn, 8 ikilik arlklakma bler. Bipolar transistr anahtarlar (A1-A8), girilerindeki ikilik bilgiye gre ikilikarlkl akmlar k hattna balar. En yksek deerlikli biti tayan giriin A1, endk deerlikli tayan giriin A8 ile gsterilmitir. MSB ve LSB etiketlindirilmelerinormal etiketlendirilmenin tersinedir. Bu nedenle kullanlacak bir entegrenin verisayfas dikkatle incelenmelidir. ekil 11.10 MC1408in blok diyagramn, bacakbalantsn ve tipik uygulamasn gstermektedir.

MC1408in bir ilemsel ykselte (op-amp) ve bir direnle gerilime evrilebilen akmk vardr. Bu gerilim aadaki formlden hesaplanabilir;

)256

A+

128

A+

64

A+

32

A+

16

A+

8

A+

4

A+

2

A(R

R

V=V

87654321F

14

REFOUT

Byle bir devrede 8-bitlik saysal verilerin (A1-A8) durumuna bal olarak 0-10Varasnda analog k gerilimi elde edilebilir. Bu eviriciye 10V tam lekli eviricidedenilir.


16/23

84


R/2R Merdiven Kutuplama Akm

Akm anahtarlar

Referans akmykselteci

(13)

(4)

I0

(2)

(16)

Kompanzasyon(3)VEE

Vref (+)

Vref(-)

14

15

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8

5 6 7 8 9 10 11 12

GND

NPN akmkayna ifti

MSB LSB

)256

A

+128

A

+64

A

+32

A

+16

A

+8

A

+4

A

+2

A

(RR

V

=V

87654321

F14

ref

OUT

k gerilimi;

VOUT

=0V ile 9,96V arasnda olacaktr

(a)

(c)

Saysalverigirii

6

5

7

8

9

10

11

12

2+

-

14

15

4

16

3

VEE

VCCA

1A2

A3

A4

A5

A6

A7

A8

GND

Vref

R14

R15

RF

13

+5V

-15V

MC1408

IOUT

741VOUT

Tipik DeerlerV

ref=10V

R14

=R15

=5KR

F=5K

270pF

MC1408

1

2

3

4

5

6

7

8

16

15

14

13

12

11

10

9

NC

(b)

ekil 11.1 MC1408 D/A evirici

(a) Blok diyagram(b) Bacak balantemas (c) Tipik uygulama


17/23

85


MC1408 gibi kullanl ve ucuz D/A eviriciler, zel ses ve dalga biimleri retmede

sklkla kullanlrlar.ekil 11.11 D/A eviriciye ait test devresini gstermektedir.Devrede, sekiz-bitlik bir saycnn klar D/A eviricinin veri girilerine balanmtr,sayma ilemi ile birlikte D/A evirici klarnda 255 basamaktan oluan bir testeredii dalga ekli grlecektir. k frekans, saycnn tetikleme sinyal frekansnn256ya blnmesi ile bulunabilir.

VOUT

256basamak

+10V

0,1ms

6

5

7

89

10

11

12

2

+

-

14

15

4

16

3

VEE

VCCA1A2A3A4A5A6

A7A8GND

Vref=10VR14=5K

R15=5K

RF=5K

13

+5V

-15V

MC1408

741

270pF

10 KHz

7493

7493

Q0

Q1

Q2

Q3

Q3

Q2

Q1

Q0

OSLOSKOPGRLER

ekil 11.11 D/A evirci test devresi

11.2.4 D/A eviricilerin Performans Karakteristikleri

D/A eviricilerde kullanlan performans karakteristikleri znrlk (resulation),doruluk (accuracy), lineerlik (linearity), monotonluk (monotonicity) k yerleimzaman (settling time) olarak adlandrlmaktadr.

D/A eviricilerde znrlk (resulation) giri verisindeki bit says ile belirlenir.rnein 4-bitlik bir evirici iin znrlk, 24-1, 15 de 1 paradr. Yzdeolarak deeri 67,6%=100)151( olacaktr. Genel olarak znrlk n giriverisindeki bir saysn gstermek zere 2n-1 eitliinden bulunur. znrlkdntrlen bit saysn anlatmaktadr.

Doruluk (accuracy), D/A eviricilerde kullanlan bir dier karakteristiktir.Doruluk beklenilen kla, geek kn karlatrlmasdr. Tam skala veyamaximum k geriliminin yzdesi olarak ifade edilir. Eer bir karlatrcnntam skala 10V ve doruluu 1,0% ise herhangibir k iin oluabilecekmaximum hata (10V)( 1001,0 ), yani 10mV olacaktr. deal olarak bir D/A

eviricinin doruluu, en dk deerlikli bitinin 21 si kadar olamaldr.rnein sekiz bitlik bir eviricide en dk deerlikli bit tam skalda 256 da 1paradr,yani 0039,0=256/1 , %0,39 olark gsterilebilir. Bu durumda dorulukyaklak olarak 2,0% olmaldr.


18/23

86


Lineerlik (linearity) hatalar geek kn ideal dz izgi kndan ne miktarda

ayrlddr. Kayma hatas (ofset error) diye adlandrlan zel bir durum, btngiriler sfr iken kn sfr olmad anlamna gelir. Bu hataya ilemselykselte veya akm anaktarlarndaki sznt akmlar neden olabilir.

Monotonluk (monotonicity), bir D/A eviricinin btn evirme araladmlamas srasnda adm karmama veya geri adm atmama olaraktanmlanabilir.

k yerleim zaman (settling time), giri verisindeki herhangibir deiikliktensonra kn, son deerin 2/1 en dk deerli bitine (LSB) yerleinceyekadar geen zaman olarak adlandrlr.

11.3 ANALOG-SAYISAL EVRCLER (A/D CONVERTERS)

Analog formdaki bir bykln, saysal sistemler iin anlalabilir olmas iin saysalforma dntrlmesi gerekmektedir. Bu ilemi yapan devrelere analog-saysalevirici veya ksaca A/D evirici veya ADC ad verilir. Bu ilem iin bir ok yntemkullanlmaktadr. Bu blmde en ok kullanlan tipler anlatlacaktr.

11.4.1 Paralel Karlatrc, Simultane (Flash) A/D eviriciler

Analog byklklerin saysal iaretlere dntrlmesinde kullanlan en kolay vehzl evirici tipi ekil 11.12 de gsterilen bitlik paralel karlatrc A/D eviricidir.

+VREF=4V

Vin +

-

+

-

+

-

R

R

R

R

A3

A2

A1

D1

D0

3V

2V

1V

kilikk

Kodlayc(Encoder)

ekil 11.12 Paralel karlatrc A/D evirici


19/23

87


Devrede adet karlatrc, bir gerilim blc ve kodlayc (encoder) kullanlmtr.

Devredeki karlatrclar bir referans gerilimle(VREF), analog giri gerilimini (Vin)karlatrmak iin kullanlr. Referans gerilimi tam lek yani maximum girigerilimidir. Karlatrcnn + giriindeki gerilim , - giriindeki referans gerilimindenbykse k yksektir.Karlatrclarn eik gerilimleri bir gerilim blc ileayarlanrken, analog giri gerilimi ise karlatrclarn + giriine paralel olarakuygulanmtr. Devrede, uygulanan analog giri geriliminin byklne bal olarakilgili karlatrclarn klar yksee ekilecektir.Eer giri gerilimi 1Vtan kksehibir karlatrc k yksek olmaz. Giri gerilimi 1-2V arasndaki bir deerde isesadece en dk eik gerilimine sahip karlatrc k yksee ekilecek ve budurumda kodlayc klarnda grlen ikilik ifade D1=0, D2=1 olacaktr. Giri gerilimi2-3V arasnda ise 1. ve 2. karlatrc klar yksee ekilecek ve kta

grlecek ikilik bilgi D1=1, D0=0 olacaktr. 3Vun zerindeki bir gerilim btnkarlatrc klarn yksee ekecek ve kodlayc klarnda grlen ikilik ifadeD1=1, D0=1 olacaktr. Aada Tablo 11.1 Giri gerilimlerine bal olarak klargstermektedir.

Encoder giriler kilik giriAnalog giriVin A3 A2 A1 D1 D0

0-1 Volt 0 0 0 0 0

1-2 Volt 0 0 1 0 1

2-3 Volt 0 1 1 1 0

3-4 Volt 1 1 1 1 1

Tablo 11.1

Genel olarak bu devrelerde kullanlacak karlatrc says, n bitlik binary kod iin 2n-1dir. rnein bitlik ikilik (binary) kod iin kullanlacak karlatrc says 23-1=7,drt bitlik ikilik (binary) kod iin kullanlacak karlatrc says 24-1=15 olmaldr. Bufazla saydaki karlatrc says paralel karlatrcl A/D eviricilerin en bykdezavantajdr. Bu tip karlatrclarn en nemli avantaj hz karakteristiidir. Giri

gerilimine bal olarak retilen saysal k, devredeki elemanlarn yaylmgecikmesi (propagation delay) sresi sonrasnda hazrdr. Bu nedenle bu tip A/Deviricilerin tanmlanmas iin fla ismi kullanlmaktadr.


20/23

88


+VREF =8V

Vin

7V

6V

5V

4V

3V

2V

1V +

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

ncelikli Kodlayc(Priority Encoder)

I7I6I5I4

I3

I2

I1

I0

A0

A1

A2

kilik (Binary)klar

EN

rnekleme

Sinyali

74148

K1

K1

K1

K1

K1

K1

K1

K1

ekil 11.13 bitlik paralel karlatrcl A/D evirici

ekil 11.13 bitlik paralel karlatrcl A/D evirici devresinin gstermektedir.Devrede yedi adet karlatrc,gerilim blc ve 74148 Decimal/Binary nceliklikodlayc (priority encoder) kullanlmtr. rnekleme sinyali, lojik-0da aktif olanyetkilendirme giriine balanarak giri geriliminin farkl zamanlarda rneklenerek

saysal karlnn bulunmas salanmtr.

11.3.2 Tek Rampal veya Tek Eimli (Single Slope) A/D eviriciler

A/D evirimde kullanlan bir dier yntem lineer rampa kayna, karlatrc vesayclardan olumu tek rampal veyatek eimli A/D eviricilerdir. Lineer rampakayna, deimeyen eimli bir referans voltajnn salanmas iin kullanlr. ekil11.14 tek rampal veya tek eimli A/D evirici devresini gstermektedir.


21/23

89


BCD veya BinarySayc

Zamanlamave kontrol

Rampakayna

Mandallar (Latches)

Kod zc/src

TetiklemeSinyali

(CP)

Analog

Giri

t

V

Reset

ENYetkilendirme

Reset

CP

+

-

ekil 11.14 Tek rampal veya tek eimli A/D evirici

evirimin balangcnda sayc reset, rampa kayna k 0V yaplr.Karlatrcnn + giriine uygulanan analog giri gerilimi, giriinden bykolduundan k yksee ekilecektir. Bu durumda rampa kayna tarafndanrampa retilmeye balanacak, VE kapsnn knda tetikleme sinyaligrleceinden sayc sayma ilemine balayacaktr. Bu ilem rampa kaynatarafnda retilen rampa geriliminin, analog giri geriliminden byk olmasna kadardevam edecektir. Bylece karlatrc k alaa ekilecek, VE kapsnn klojik-0 olacak ve tetikleme sinyali gitmeyen sayc sayma ilemini bitirecektir. Kontrol

devresi tarafndan yetkilenen mandallar sayc verilerini saklayacaktr.

11.3.3 ift Rampal veya ift Eimli (Dual Slope) A/D eviriciler

ekil 11.15 ift eimli (dual-slope) A/D eviricinin blok diyagramn gstermektedir.Devre giri referans gerilimini seen bir anahtar ve karlatrc girilerindeki tersbalant dnda tek eimli (single-slope) devreye ok benzemektedir.


22/23

90


BCD veya Binary

Sayc

Kontrol

devresiMandallar (Latches)

TetiklemeSinyali(CP)

EN

ntegral alc(rampa kayna) Reset

CP+

-

R

+

-

R

C

Binary veya BCD klar

Analog giri (Vin)

-VREF

ekil 11.15 ift eimli (dual-slope) A/D evirici

Devrede rampa kayna olarak bir integral alc devre kullanlmtr. lemselkuvvetlendiricinin eviren girii , evirmeyen giri tarafndan varsaylan toprakta tutulur.Giri ucuna uygulanan bir gerilim, diren zerinden sabit bir akm akmasnsalayacaktr. Bu akm yksek empedansa sahip ilemsel ykselte iindenakamayacandan, kondansatr sabit bir akmla arj olacaktr. Sabit akm ile arjedilen kondansatrn ularndaki gerilim bir lineer rampadr.

Balangta saycnn silme(reset), karlatrc knn 0V olduunu kabul edelim.Giri anahtar analog giri gerilimine balandnda (ekil 11.16 a), integral alcdevrenin girilerindeki pozitif gerilim, klarndaki gerilimin bir negatif rampaolmasna sebep olacaktr. Karlatrcnn giriindeki negatif gerilim, kn pozitifolmasn salar, VE kapsnn knda tetikleme sinyali grlmesini salar. Saycsayma ilemine balar. Saycnn bir miktar sayma ilemini gerekletirmesi iinintegral alc devre tarafndan negatif rampa retilir. Sayc bu sabit miktara ulancakontrol devresi sayclar sfrlar ve giri anahtarnn negatif referans gerilimineevirerek, bu geriliminin integral alc devrenin giriine uygulanmasn salar (ekil11.16 b). Giriteki bu negatif gerilim integral alc devrenin knda pozitif bir rampa

grlmesini salar. Karlatrc k yksee ekileceinden sayc tekrar saymailemine balatacaktr. ntegral alc devrenin 0V un hemen zerine ulat andakarlatrc k alaa ekilecek, kontrol devresi tarafndan bu gei alglanarak,sayc klarnn mandallara yklenmesini salayacaktr(ekil 11.16 c). Mandallardasaklanan saym miktar giri gerilimi ile orantldr.

ref

1in2

V

tV=t

ift eimli (dual-slope) A/D eviricilerin avantajlar , doruluu, devre elemanlarndascaklktan oluan deiimlerden etkilenmemesi, alak maliyetidir. Dezavantajlar isehzlarnn yava oluudur.


23/23


BCD veya Binary

Sayc

Kontrol


CP

EN

Reset

CP+

-

R

+

-

R


Vin

-VREF

Lojik-1

+ -C

t

-V

(a) Sabit zaman aral, negatif rampa (sayc belirlenensre boyunca sayma ilemini gerekletirecektir)

BCD veya Binary

Sayc

Kontrol


CP

EN

Reset

CP+

-

R

+

-

R


Vin

-VREF

Lojik-1

+ -C

(b) Saycnn sayma ilemini bitirmesi ile kontroldevresi S1 anahtarnn konum deitirmesini salar

I

BCD veya Binary

Sayc

Kontrol


CP

EN

Reset

CP+

-

R

+

-

R


Vin

-VREF

+ -C

(c) ntegral alc devre k pozitif rampa, sayc tekrar sayma ilemine balayacak.Rampa 0V olduu anda sayc duracak ve bilgi mandallara yklenecektir

I

-V

t

ekil 11.16

analog sayısal donüştürücüler

Documents