Analoga och Digitala Signaler. Analogt och Digitalt. Analogt. Digitalt. Analogt få komponenter låg effektförbrukning

Transkript

1 Analoga och Digitala Signaler Analogt och Digitalt Analogt t Digitalt Analogt kontra Digitalt Analogt å komponenter låg eektörbrukning verkliga signaler Digitalt Hög precision Komplexare algoritmer Lagringskapacitet Ampliication Filtering Processing AD-Conversion Storage Processing DA-Conversion Ampliication Filtering Digital Analog CD/DVD, MP3, Digitalkamera, GSM, datorer, etc, etc

2 De- Coder adiosändare Coder Digitalt Digitalt FFT FFT SYNC adiomottagare i adio Gränssnitt Analogt/Digitalt DA DA AD AD LO LO ϕ ϕ Analog F Analog F Trenden idag är att lytta Analog/Digital gränsnittet så nära antennen som möjligt. Kvantisering = Begränsat antal nivåer = Diskret Amplitud Digitala Signaler Kontinuerlig Analog signal Samplad Signal = Diskret tid Digital Signal = Diskret tid och amplitud t Binära Talsystemet Dynamik och Upplösning MSB = Most Signiicant Bit N bitar 2 N ord (0) 0 0 () 0 0 (2) 0 (3) 0 0 (4) 0 (5) 0 (6) (7) LSB = Least Signiicant Bit Minsta örändringen V s = V ull scale = LSB*2 N (Med denna deinition kan inte V s nås) max = V LSB (2 N -) Antal Antal Upplösning Dynamik bitar Intervall V s =0.5V V LSB = V 0.5V mV 8V mV 28V μV 2042V 2

3 Kvantiseringsel Nivå X+ Nivå X Trunkering Alla värden mellan två nivåer approximeras åt samma håll Maximalt el = LSB Nivå X+ Nivå X Avrundning Värden approximeras antingen upp eller ner Maximalt el = /2 LSB 2+2=5 ( =4.8) (2±0.5+2±0.5=4±.0) Nyquists Samplingsteorem Om man samplar en analog signal med en bandbredd, BW signal, med en samplingsrekvens sample > 2BW signal kan den analoga signalen återskapas. sample > 2BW signal Sampling : s > 2 signal BW signal Mer om detta i Digital Signalbehandling

4 Sampling : s < 2 signal Signalerna kan örväxlas - vikning Exempel: Digitalt ljud, CD/DVD CD kontra DVD audioormat Studio Storage- CD Coding or error correction ead CD Error correcting decoding Home Speciication CD Audio DVD Audio Sampling ate 44. khz 92 khz Samples Per Second 44,00 92,000 AD-conv. DA-conv. Sampling Accuracy 6-bit 24-bit Ampliication Filtering Ampliication Filtering Number o Possible Output Levels 65,536 6,777,26 4

5 CD/DVD Om man sträcker ut spåret på en CD blir det nästan 5 km. CD spelaren Lasern lyttas rån centrum och utåt och hastigheten reduceras rån 500rpm to 200 rpm 0.5microns.6microns Hålen passerar lasern med konstant hastighet Track Pitch:.6μm 0.74μm Bump width: 0.5μm 0.32μm Felkorrigerande koder Data kodas så om ett begränsat antal el uppstår kan de korrigeras. Felkorrigerande koder ger ler bitar. Man kan borra ett litet hål och ortarande spela CDn. Mer om detta i kursen Kodningsteknik Digital -> Analog domän DA-omvandlare el längs spåren är värre än diagonala. 5

6 Digital till Analog Konvertering Digital till Analog Konvertering 2 Inverterande OP-koppling = Summatorn 2 Inverterande OP-koppling = Summatorn 2 N- V = out V re 2 N- V out = V 2 re Digital till Analog Konvertering Digital till Analog Konvertering 2 Inverterande OP-koppling = Summatorn 2 Inverterande OP-koppling = Summatorn 2 N- Vout = N 2 V re V out 2 N- Digitalt ord styr switcharna 2 ( ) + K+ Vre = + N 2 6

7 Digital till Analog Konvertering 2 2 N- Om 6 bitar N = 2 = Svårt med så stora motståndsvärden! Litet antal bitar med relativt låga krav. DA-omvandling Varje gren en inverterande OP-koppling 2 /2 Stege 2 Börja analys rån detta hållet DA-omvandling - /2 Stege DA-omvandling - /2 Stege 2 2 V V Parallellkoppling av motstånd = + +L tot 2 N Spänningshalvering i varje steg V = V = + V 2 7

8 DA-omvandling /2 Stege 2 2 2( N ) Analog Signal Fel i DA-omvandling V s Skalaktorel Metod: Korrigera örstärkningen V LSB Matchade motstånd Ej större än Digital Signal Fel i DA-omvandling Fel i DA-omvandling V s V s Analog Signal Osetel Metod: Addera likspänning Analog Signal Linäritetsel Metod: Svårt! Ev. Korrigera eter tabell V LSB V LSB Digital Signal Digital Signal 8

9 Analog till Digital omvandling Analog -> Digital domän Filtrerad analog signal Samplad signal AD-omvandlare Analog In Lågpass ilter Sample & Hold A/D omvandling Digital ut Antivikningsilter Klocksignal Sample & Hold Sample & Hold Under AD-omvandlingen år inte det analoga värdet ändras Sample & Hold krets Spara ett analogtvärde Kondensator Acquisition time = tid ör utsignalen att ölja insignalen när man går rån HOLD till SAMPLE sample L sample hold sample hold sample t Drop rate = Kondensatorn laddas ur sample hold sample hold t 9

10 Sample & Hold med Buer Sample & Hold med Buer sample sample L Hög in L Liten ström t Buert ör att inte lasta insignalkällan 3/2 V s Flash-omvandlare Analog Sample Succesivapproximation /2 D E C O D E 2 N- Komparatorer Digitala Utgångar Snabb men kräver mycket hårdvara Antal Komp. 8 bitar = bitar = X LSB X MSB DAC egister StyrLogik Fyra Bitar Binär Sökning Förslag Alltid samma Omvandlingstid N bitar N jämörelser Test OK NEJ NEJ OK Utvärde V s 0

11 äknarbaserad AD-omvandlare Trappstegsomvandlare X LSB DAC Komparator jämör det DAomvandlade värdet med insignalen X LSB DAC Klar X MSB Klar äknare Två-typer: Trappstegs- och Följande-omvandlare X MSB Klar äknare Klar/ Nollställning Omvandlingstid beror på Insignalsnivån Följandeomvandlare Följandeomvandlare X LSB DAC X LSB DAC Insignalen variera ör snabbt X MSB äknare UPP/NE X MSB äknare UPP/NE Utsignalen öljer Insignalen Snabbare än Trappstegs äknaren begränsas av en bit per klockcykel

12 Omvandlingstid Sigma-Delta Trappstegsomvandlare 2 N - Succesiv approximation N Flash Men snabbare omvandling betalas med extra hårdvara 2

13 -bit MHz Sampling 3