digitalna elektronika ad konverzija 1 - tnt.etf.rstnt.etf.rs/~oe3de/pdf/4. ad konverzija.pdf ·...

Digitalna elektronika

AD konverzija 1


AD konverzija

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Vi 0 1 2 3 4 5 6 7 8

N

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Vi 0 1 2 3 4 5 6 7 8

N

Greška konverzije

1LSB

Greška konverzije ±½

±½LSB

Prikazane karakteristike su unipolarne. Isto tako mogu biti i bipolarne.


AD konverzija

Diskretizacija -vreme -amplituda

nTs

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Vi 0 1 2 3 4 5 6 7 8

N

brojevi

vreme

amplituda

U većini konvertora se ovako i stvarno dešava


AD konverzija 2


AD konverzija

Za analizu može i obrnuto prvo diskretizacija amplitude pa diskretizacija u vremenu

amplituda vreme signal

Spektar?

Diskretizacioni nivoi


AD konverzija – fleš, direktni AD konvertori

V-

V+

V0

V1

V2

V3

V4

V5

V6

V7

R0

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

Vin

t0

t1

t2

t3

t4

t5

t6

t7

+

-

08 7 RRR

VVR

kVVk 0

08

007 RRR

VVRVV

208

RRR

8

VV

20

VV

kVVk2

01 kkkin telsetthenVVif


AD konverzija 3


AD konverzija – fleš, direktni AD konvertori

V-

V+

V0

V1

V2

V3

V4

V5

V6

V7

R/2

R

R

R

R

R

R

R

R/2

Vin

t0

t1

t2

t3

t4

t5

t6

t7D

1

1

1

1

1

1

1

1

D

D

D

D

D

D

D

3 bitni

registar

P

R

I

O

R

I

T

E

T

N

I

E

N

K

O

D

E

R

8/3

2

konverzijestart1

konverzijekraj2


AD konverzija


AD konverzija 4


AD konverzija – kompenzacija ofseta komparatora

Vk

Vin +

-

+

-

1

1

1

12

1

Vin

Vk

Vos

C

+Vc

AVout

OSinC

out

out

out

VA

AVV

VA

AV

VV

VVAV

1

1

)(

1

1

OSkinout

inOSkOSout

CkOSout

VA

VVAV

VVA

AVVAV

VVVAVVAV

1

1

1

)(

2

1

kOSinout VVVAV


AD konverzija – interpolacija komparatorima Vin +

-Vk

A

+

-

Vin

Vk

+

-

A

Vin

Vk

+

-

A

Vin

Vk+1

+

-

Vk+

Vk-

Vk+1+

Vk+1-

Vk

Vk-

Vk+

Vk+1-

Vk+1+

(Vk+)-(Vk-)

(Vk+1+)-(Vk-1-)

0

1

0

1

Vk+1Vin

(Vk+)-(Vk-1-)

kk VV 1

Koliko sme da bude malo u odnosu na pojačanje A


AD konverzija 5


AD konverzija – interpolacija komparatorima

A

-

A

Vin

Vk+1

+

-

Vk+

Vk-

Vk+1+

Vk+1-

Vk

Vk-

Vk+

Vk+1-

Vk+1+

(Vk+)-(Vk-)

(Vk+1+)-(Vk-1-)

0

1

0

1

Vk+1Vin

(Vk+)-(Vk-1-)

+ +

+

+

-1

0

(Vk+Vk+1)/2

(Vk+1+)- (Vk-) ?


AD konverzija – “subrange” - fleš AD konvertor sa podopsezima

Vj

Vj+1

V0

V1

V2

V3

V4

V5

V6

V7

R

R

R

R

R

R

R

R

Vin

t0

t1

t2

t3

t4

t5

t6

t7

88

1 jjj

kR

VVR

kjkk kjkVV 0

jjj VV 1

AD

AD

Vref

select

Vj+1

Vj

j

kLSB

MSB

Vin

∑Vj


AD konverzija 6


AD konverzija – “pipelined” - kaskadni fleš AD konvertor

AD1

AD2

Vref

Vref/2M

LSB

MSB

Vin

M

K

N=M+K

-

+ Vres

DA

KM

ref

KM

ref

K

ref

M

ref

inres

VVV

VjVV

2222

2

2

2

11

AD1

AD2

Vref

Vref

LSB

MSB

Vin

M

K

N=M+K

-

+ Vres

DA

A=2M

Može i više od dve “kaskade”!


AD konverzija – “folding” - fleš AD konvertor sa presavijanjem

AD1

AD2

Vref

Vref

LSB

MSB

Vin

M

K

N=M+K

folding

koloVres A

KM

ref

KM

ref

K

ref

M

ref

inres

VV

A

V

VjVV

2222

2

2

11

1

2

3

4

5

6

7

Vres

Vinput1 2 3 4 5 6 7


AD konverzija 7


AD konverzija – “folding” - fleš AD konvertor sa presavijanjem

Vo+

Vo-

Vi

M1 M2 M3 M4

RL RL

M5 M6

VR/2 5VR/6VR/6

Vi

Vo

ISRL

0

ISISIS

-ISRL

VR1

VR2

VR3

Parni segmenti Neparni segmenti


AD konverzija –brojački - AD konvertor sa jednostrukim nagibom

Single slope – konvertor sa jednostrukim nagibom

Vin

+

-

+

-

Generator

rampestart

stop

BROJAČ

reset clkreset, start

SC

EOC

CLK

Dn-1 D0

...

Signalom SC se startuje generator rampe i resetuje brojač. Generator rampe kreće sa naponom malo ispod nule. Pri naponu 0 startuje se brojač. Brojač broji dok napon rampe ne dostigne ulazni napon. Tada se brojač zaustavlja i njegova stanje je digitalni ekvivalent ulaznog napona. Signal EOC je signal kojim se pokazuje da je konverzija završena.

Gde je Vref?


AD konverzija 8


AD konverzija –brojački - AD konvertor sa jednostrukim nagibom

in

CLK

in

CLK

inCLK

inininGR

GR

vN

VKT

v

KT

vNtNT

taktovaNizbrojaobrojačtt

K

vtvKtvtv

tt

s

VKKttvt

1

1

111

1

0

)(

)(0 Rezolucija određena sa učestanošću takta i nagibom rampe. Maksimalan kapacitet brojača = maksimalan ulazni napon

KT

v

Kivinfiksirno

v

vN

CLKn

in

in

in

n

in

2

)12(

max

max

max

maxmax

Trajanje konverzije proporcionalno ulaznom naponu.

CLK

n

CLK

TTconv

NTTconv

)12(max

Aposlutna greška konverzije je kao i uvek jednaka Δ

Relativna greška konverzije kao i uvek zavisi od veličine ulaznog napona i izuzetno je velika za male ulazne napone, a najmanja za najviše ulazne napone N


AD konverzija – prati pamti kolo

I ulazni napon se menja u vremenu. U prethodnim jednačinama bi bilo tačnije da smo pisali:

)(

)()(

1

11

tvN

tvtv

in

inGR

Ovo vreme t1 nam nije unapred poznato, zavisno je od ulaznog napona. Torema odabiranja traži striktan trenutak odabiranja i period odabiranja.

PRATI/PAMTI kolo (SAMPLE/HOLD, TRACK/HOLD)

Do trenutka 0, prekidač zatvoren. PRATI (SAMPLE, TRACK) U trenutku 0 se otvara i prebacuje kolo u PAMTI (HOLD) stanje.


AD konverzija 9






AD konverzija 10




AD konverzija –brojački - AD konvertor sa dvostrukim nagibom

Dual slope – konvertor sa dvostrukim nagibom

-Vref

+

-VrampeR

C

KttCR

Vtv

dttiC

tu

ref

rampe

CC

)(

)(1

)( Tačnost K zavisi od tačnosti R i C!

VC

+

-

startstop

BROJAČ

reset

clk

CLK

Dn-1 D0

...

-Vref+

-R

CVin

S1

S2

S3

SC

S1

S2S3

Kontrolna logika

EOCDn-1

D0

QK


AD konverzija 11



Signalom SC startuje se konverzija

1. Prekidači S2 i S3 se otvaraju a prekidač S1 zatvara i prazni kondenzator C

2. Brojač se resetuje i zaustavlja

3. Otvara se prekidač S1, zatvara prekidač S2, i startuje brojač

tCR

Vdtti

CtV in

CC )(1

)(

4. Kada brojač dobroji do maksimalne vrednosti, prekidač S2 se otvara

i zatvara se prekidač S3

tCR

VT

CR

VtV

Tt

TCR

VTV

TT

ref

CLK

ninC

CLK

ninC

CLK

n

)12()(

)12()(

)12(

1

1

1



5. U trenutku T2 napon VC postaje jednak nuli i pojavljuje se jedinica na izlazu komparatora Qk.

6. Brojač se zaustavlja, isključuju se prekidači S2, S3.

7. Generiše se signal EOC kao signal kraja konverzije.

Brojač je izbrojao do N

12

12

)12(0)(

)12()(

2

n

ref

U

U

in

ref

n

in

CLK

ref

CLK

ninC

ref

CLK

ninC

VV

VVN

NTCR

VT

CR

VTV

tCR

VT

CR

VtV

Tačnost ΔU NE zavisi od tačnosti R i C!


AD konverzija 12


AD konverzija – Serijski AD konvertor

Upotreba DA konevertora! Da generišemo napon za poređenje!


AD konverzija – Prateći AD konvertor


AD konverzija 13


AD konverzija –AD konvertor sa sukcesivnim aproksimacijama

Upotreba DA konvertora na “inteligentniji” način.

+

-

clkCLK

Dn-1 D0

...

Vin

SCKontrolna logika

EOC

QK

Dn-1 D0

DACVref

Vo

SC

<

>

SC

Dn-1Dn-2...D0=00...0

Dn-1=1

Vo>VinDn-1=0Da Ne

Dn-2=1

Vo>VinDn-2=0Da Ne

Vo>VinD0=0Da Ne

EOC

.

.

.

Ovo radi kontrolna logika na osnovu SC, CLK, QK

n bitni konvertor n probanja n taktnih intervala Svaki put, bez obzira na veličinu ulaznog napona



4-bitni konvertor

123456789

101112131415

0

SC 1 2 3 4 EOC1001

Vin

Vo


AD konverzija 14



Kapacitivni DA – charge redistribution

Cn 12 Cn 22 C2 C

"0" "1"

track

+Vref

b0b1bn-2bn-1

-+

C

Vin

track

hold

trackhold

bi=Di+track

Qk

Vo

U toku track faze svi kondenzatori se pune na napon Vin. Startovanjem konverzije, prebacivanjem u hold fazu i stavljanjem D=0 => Vo=-Vin Postavljanjem, probanjem, bita Di na logičkoj jedinici doprinos u naponu Vo je

...02

2)(

2

2

1

itdVVBprobanjeMSV

VV

refn

n

inO

refn

i

O

Ne treba posebno prati/pamti kolo


AD konverzija –sigma delta AD konvertor

Z-1

0.5Vref

1

komparator

0

1-bitni

konvertor

Din=0 Vout=0

Din=1 Vout=Vref

+

+

+

-

fs

Vinx(n) x1(n) x2(n) x3(n) D(n)

x4(n)

ref

ref

ref

ref

VnDnxnxnx

VnDnxnxnxnxnx

VnDnxnxnxnx

VnDnx

nxnx

)1()1()2()1(

)()()1()()()(

)()()()()(

)()(

)1()(

22

2132

41

4

23

Sigma delta ADC prvog reda

Rekurzija i pretpostavka x(n)=x(n-1)=…=x(0)=Vin

refin VnDNVxnx )()0()( 22


AD konverzija 15


AD konverzija –sigma delta AD konvertor

)(1

)(1

)(1

)(1

0)0(

)()0()(

2

2

22

nDN

VVnDN

V

N

VnDN

nxN

V

x

VnDNVxnx

refrefin

refin

refin

D(n) signal koji se sastoji od jedinica i nula. Srednja vrednost signala D(n).

digitalna elektronika ad konverzija 1 - tnt.etf.rstnt.etf.rs/~oe3de/pdf/4. ad konverzija.pdf ·...

Documents