Elektronik. Viktor Öwall, Digital ASIC Group, Dept. of Electroscience, Lund University, Sweden-

Relevanta dokument
Elektronik. Viktor Öwall, Digital ASIC Group, Dept. of Electroscience, Lund University, Sweden-

Analogt och Digital. Viktor Öwall. Elektronik

Elektronik. Viktor Öwall, Digital ASIC Group, Dept. of Electroscience, Lund University, Sweden-

Elektronik. Viktor Öwall, Digital ASIC Group, Dept. of Electroscience, Lund University, Sweden-

AD-/DA-omvandlare. Digitala signaler, Sampling och Sample-Hold

Elektronik Elektronik 2017

Analogt och Digital. Viktor Öwall Bertil Larsson

Analogt och Digital. Viktor Öwall. Elektronik

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

Elektronik Dataomvandlare

Elektronik Elektronik 2019

Elektronik. Dataomvandlare

Elektronik Dataomvandlare

Grundläggande A/D- och D/A-omvandling. 1 Inledning. 2 Digital/analog(D/A)-omvandling

AD-DA-omvandlare. Mätteknik. Ville Jalkanen. 1

Komparatorn, AD/DA, överföringsfunktioner, bodediagram

Ett urval D/A- och A/D-omvandlare

A/D D/A omvandling. Lars Wallman. Lunds Universitet / LTH / Institutionen för Mätteknik och Industriell Elektroteknik

Analog till Digitalomvandling

Enchipsdatorns gränssnitt mot den analoga omvärlden

Analog till Digitalomvandling

A/D- och D/A- omvandlare

Läsinstruktioner. Materiel

Tentamen i Elektronik - ETIA01

A/D D/A omvandling. Johan Nilsson

Grundlande A/D- och D/A-omvandling. 1 Inledning. 2 Digital/analog(D/A)-omvandling

Spektrala Transformer

A/D D/A omvandling Mätteknik för F

A/D D/A omvandling. EEM007 - Mätteknik för F 2015 CHRISTIAN ANTFOLK

Spektrala Transformer

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 6 mars 2006 SVAR

Enchipsdatorns gränssnitt mot den analoga omvärlden

A/D D/A omvandling. EEM007 - Mätteknik för F 2016 CHRISTIAN ANTFOLK / LARS WALLMAN

Kapitel 2 o 3. Att skicka signaler på en länk. (Maria Kihl)

Kapitel 2 o 3 Information och bitar Att skicka signaler på en länk. Att sända information mellan datorer. Information och binärdata

Frekvensplanet och Bode-diagram. Frekvensanalys

Ljudteknik. Digital representation. Vad är ljud?

A/D D/A omvandling. Lars Wallman. Lunds Universitet / LTH / Institutionen för Mätteknik och Industriell Elektroteknik

Digital elektronik. I Båda fallen gäller förstås att tidsförloppet måste bevaras.

Kapitel 2 o 3 Information och bitar Att skicka signaler på en länk. Jens A Andersson

Digital signalbehandling Digitalt Ljud

Digitalt eller Analogt

Grundläggande signalbehandling

Kapitel 2 o 3 Information och bitar Att skicka signaler på en länk. Jens A Andersson

Signalbehandling, förstärkare och filter F9, MF1016

Kapitel 2 o 3 Information och bitar Att skicka signaler på en länk. Jens A Andersson

Konvertering. (Conversion chapter 3, Watkinson) Sebastian Olsson Anders Stenberg Mattias Stridsman Antonios Vakaloudis Henrik Wrangel

D/A- och A/D-omvandlarmodul MOD687-31

Översikt, kursinnehåll

Datorteknik. Tomas Nordström Föreläsning 12 Mer I/O. För utveckling av verksamhet, produkter och livskvalitet.

Signaler och system, IT3

Elektro och Informationsteknik LTH. Laboration 6 A/D- och D/A-omvandling. Elektronik för D ETIA01

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15

EITA35 Elektronik Laboration 6: A/D och D/A omvandlare

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15

Att fånga den akustiska energin

Digital elektronik CL0090

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15

Laboration 1: Aktiva Filter ( tid: ca 4 tim)

Grundläggande ljud- och musikteori

Effektpedal för elgitarr

Ulrik Söderström 20 Jan Signaler & Signalanalys

Ulrik Söderström 19 Jan Signalanalys

Elektronik 2018 EITA35

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 17 dec 2007 klockan 8:00 13:00 för inskrivna på elektroteknik Ht 2007.

Digitala system EDI610 Elektro- och informationsteknik

GRUNDKURS I SIGNALBEHANDLING (454300), 5sp Tentamen

SENSORER OCH MÄTTEKNIK

1 Grundläggande A/D- och D/A-omvandling.

Minneselement,. Styrteknik grundkurs. Digitala kursmoment. SR-latch med logiska grindar. Funktionstabell för SR-latchen R S Q Q ?

Videoförstärkare med bipolära transistorer

LEU240 Mikrodatorsystem Laboration 2: Ett komplett avbrottsstyrt system med in- och utenheter

Mätteknik för F. AD-DA - omvandling. Avd f Biomedicinsk teknik/elektrisk mätteknik LTH

Du har följande material: 1 Kopplingsdäck 2 LM339 4 komparatorer i vardera kapsel. ( ELFA art.nr datablad finns )

OP-förstärkare. Idealiska OP-förstärkare

Laboration 5. Temperaturmätning med analog givare. Tekniska gränssnitt 7,5 p. Förutsättningar: Uppgift: Temperatur:+22 C

Förstärkning Large Signal Voltage Gain A VOL här uttryckt som 8.0 V/μV. Lägg märke till att förstärkningen är beroende av belastningsresistans.

Digitalitet. Kontinuerlig. Direkt proportionerlig mot källan. Ex. sprittermometer. Elektrisk signal som representerar ljud.

Teori... SME118 - Mätteknik & Signalbehandling SME118. Johan Carlson 2. Teori... Dagens meny

Resttentamen i Signaler och System Måndagen den 11.januari 2010, kl 14-19

Mätning av biopotentialer

2 Laborationsutrustning

En översikt av Kap 7. Tillbakablick, återkoppling Informationsteknologi Reglering av vätskenivån i en tank. Framkoppling. Informationsteknologi

Innehåll. Innehåll. sida i

Struktur: Elektroteknik A. Digitalteknik 3p, vt 01. F1: Introduktion. Motivation och målsättning för kurserna i digital elektronik

5 OP-förstärkare och filter

- Digitala ingångar och framförallt utgångar o elektrisk modell

Elektriska kretsar och fält - några exempel på tillämpningar

Mätteknik för F Laborationshandledning AD-/DA-omvandling. Institutionen för Biomedicinsk Teknik LTH

IE1205 Digital Design: F6 : Digital aritmetik 2

Styrteknik distans: Minneselement, register, räknare, AD-omv D4:1

Poler och nollställen, motkoppling och loopstabilitet. Skrivet av: Hans Beijner

Kihl & Andersson: , 3.1-2, (ej CDM) Stallings: 3.1-4, 5.1, 5.2, 5.3, 8.1, 8.2

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 4 Operationsförstärkare

Ämnesområde Hörselvetenskap A Kurs Signalteori, 7,5 hp Kurskod: HÖ1007 Tentamenstillfälle

D0013E Introduktion till Digitalteknik

5:8 CD och DVD. CD spelaren Det krävs ett litet tekniskt underverk för att spela upp en cd skiva. Vi går igenom grundkomponenterna.

AD-/DA-omvandling 2015

Ljudlära. Ljud är Periodicitet. Introduktion. Ljudlära viktigt ur två aspekter:

2. Strömförstärkare: Både insignal och utsignal är strömmar. Förstärkarens inresistans

Transkript:

Analogt och Digital Bertil Larsson Viktor Öwall

Analoga och Digitala Signaler Analogt Digitalt 001100101010100000111110000100101010001011100010001000100 t

Analogt kontra Digitalt Analogt få komponenter låg effektförbrukning höga frekvenser verkliga signaler Digitalt Hög precision Komplexare algoritmer Lagringskapacitet CD/DVD/BluRay, MP3, GSM, Digitalkamera, datorer, etc.

Storage Digital AD-Conversion Amplification Filtering Processing Processing DA-Conversion Amplification Filtering Analog

AD/DA i mobiltelefoner (radio) De- Coder Radiosändare Coder Digitalt Digitalt FFT FFT SYNC Gränssnitt Analogt/Digitalt DA DA AD AD LO LO j j Analog RF Analog RF Trenden idag är att flytta Analog/Digital gränsnittet så nära antennen som möjligt. Radiomottagare

Binära Talsystemet MSB = Most Significant Bit N bitar 2 N ord 2 2 2 1 2 0 0 0 0 (0) 0 0 1 (1) 0 1 0 (2) 0 1 1 (3) 1 0 0 (4) 1 0 1 (5) 1 1 0 (6) 1 1 1 (7) LSB = Least Significant Bit Minsta förändringen

Digitala Signaler 111 Kontinuerlig Analog signal Kvantisering = Begränsat antal nivåer = Diskret Amplitud 001 000 Samplad Signal = Diskret tid t Digital Signal = Diskret tid och amplitud

Kvantisering Den analoga spänningen delas upp i 2 N nivåer V fs = V full-scale = V LSB *2 N Med denna definition kan inte V fs nås eftersom området delas in i 2 N delar: 0 -> (2 N -1) t.ex. 0 7 för N = 3 bitar V outmax = V LSB (2 N -1) är alltså den största nivån som kan återges digital.

Dynamik och Upplösning Dynamik: Förhållandet mellan den minsta förändringen, V LSB, och full-scale V FS Ex. V FS = 8V och tre bitar ger V LSB = 1V och dynamiken blir 8/1 = 8. (db = 20*log(8) = 18dB) Upplösning: Den minsta spänning som kan detekteras, d.v.s. storleken på det minsta intervallet, V LSB

Dynamik och Upplösning Antal Antal Upplösning Dynamik bitar Intervall om V fs =0.5V Vmax/Vmin 4 16 0.03125 V 24dB 8 256 2 mv 48dB 12 4096 0.12 mv 72dB 16 65 536 7.6 mv 96dB 24 16 777 216 29.8 nv 144dB

Kvantiseringsfel Nivå X+1 Nivå X+1 Nivå X Nivå X Trunkering Alla värden mellan två nivåer approximeras åt samma håll Maximalt fel = 1LSB Avrundning Värden approximeras antingen upp eller ner Maximalt fel = 1/2 LSB

Bandbredd, BW En analog signal, t.ex. musik innehåller samtidigt många frekvenser. Typiskt klarar en ung människa att höra frekvenser mellan 20Hz och 20kHz. Bandbredd definieras som det frekvensområde vilket innehåller alla frekvenser i signalen. Musik i radio är t.ex. begränsat till 20kHz bandbredd medan t.ex. tal i telefoner begränsas till ca 4kHz.

Nyquists Samplingsteorem Om man samplar en analog signal som har en bandbredd, BW signal, med en samplingsfrekvens på f 2BW sample signal kan den analoga signalen återskapas. f 2BW sample signal (samplingsfrekvens = hur ofta stickprov tas) BWsignal. 2BWsignal f

Vikning vid fs < 2fb

Nyquists Samplingsteorem - Audio Det mänskliga örat har en bandbredd 20Hz-20kHz, om f 2 20kHz 40kHz sample kan den analoga signalen återskapas. f 40 khz sample 20kHz f

Sampling f s > 2f signal 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0-0.2-0.4-0.6-0.8-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Sampling f s < 2f signal 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0-0.2-0.4-0.6-0.8-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Signalerna kan förväxlas - vikning 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0-0.2-0.4-0.6-0.8-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Exempel: Digitalt ljud, CD/DVD Studio AD-conv. Storage- CD Coding for error correction Read CD Error correcting decoding DA-conv. Home Amplification Filtering Amplification Filtering

CD kontra DVD audioformat Specification CD Audio DVD Audio Sampling Rate 44.1 khz 96/192 khz Sampling Accuracy 16-bit 24-bit Number of Possible Output Levels 65,536 16,777,216

Sample & Hold

Sample & Hold Under AD-omvandlingen får inte det analoga värdet ändras Sample & Hold krets Acquisition time = tid för utsignalen att hitta och följa insignalen när man går från HOLD till SAMPLE sample hold sample hold sample t

Fel vid S&H

Digital till Analog omvandling

Princip för DA-omvandling En DA-omvandlare översätter ett digitalt tal till en analog spänning. Eftersom utsignalen har diskreta nivåer brukar utsignalen filtreras för att jämna ut kurvan

DA-omvandling, principer Viktade resistorer Olika stora spänningar genereras med resistorer från en referensspänning. Det digitala talet bestämmer vilket spänningsvärde som utsignalen får Viktade strömgeneratorer Det digitala värdet bestämmer strömvärdet. Strömmen omvandlas till spänning på utgången V out msb V V * Vref N ref ref msb 1... lsb 1 2 2

Digital Signal Elektronik Fel i DA-omvandling 111 DA-omvandling är i teorin en entydig operation 001 000 0 Analog Signal V LSB V fs Fel pga brus, toleranser och noggrannhet i: Vref, komponenter och förstärkare

Analog till Digital omvandlare

Analog till Digital omvandling Filtrerad analog signal Samplad signal Analog In Lågpassfilter Sample & Hold A/D omvandling Digital ut Antivikningsfilter Klocksignal

Analog komparator En analog komparator jämför två analoga spänningar, Va och Vb. Om Va > Vb blir utgången Hög. Logisk etta. Om Vb > Va blir utgången Låg. Logisk nolla. Va Vut Vb

3R/2 R R R/2 V fs Flash-omvandlare V in, Analogt sample D E C O D E R 2 N-1 Komparatorer Digitala Utgångar Snabb men kräver mycket hårdvara Antal Komp. 8 bitar = 255 16 bitar = 65 535

V IN Succesiv approximation DAC Fyra Bitar V fs X LSB V IN X MSB Register StyrLogik Binär sökning Förslag 1000 1100 1010 1001 Alltid samma omvandlingstid N bitar N jämförelser Test OK NEJ NEJ OK Utvärde 1000 1000 1000 1001

Andra typer av AD-omvandlare Delta-Sigma Samplar med mycket hög samplingsfrekvens och kan då minska till att använda endast två nivåer i omvandlingen. Utsignalen blir av typen pulsbreddsmodulering som efter signalbehandling ger det digitala värdet Hög upplösning (många bitar) men inte så snabb, max några hundra khz. Används i audiosammanhang

Andra typer av AD-omvandlare Integrerande Använder en digital räknare som mäter tiden det tar för en känd spänning att nå V FS och jämför det med tiden det tar för att nå den okända V in Hög upplösning (många bitar) men långsam, typiskt ca 100Hz Används i mätinstrument, t.ex. multimetrar.

#bits Hastighet och antal bitar 1 nivå / T clk 20 15 DELTA SIGMA CONVERTERS 1 ord / (OSR T clk ) 1 bit / T clk 10 SUCCESSIVE APPROXIMATION ALGORITHMIC 1 ord / T clk 5 FLASH 1k 10k 100k 1M 10M 100M 1G f S OSR = Over Sampling rate Original från Piero Andreani

Överföring i AD och DA Överföringen skall vara linjär dvs. y = k*x där k är konstant, y är den digitala och x är den analoga signalen En verklig omvandlare har fel i överföringen: y = k(x)*x + m där k(x) varierar och m är nollfel 111 001 000 0 V LSB Digital Signal Analog Signal V fs

Skalfaktorfel i AD-omvandling Digital Signal 111 Skalfaktorfel Metod: Korrigera förstärkningen 001 000 0 V LSB V fs Analog Signal

Nollfel i AD- och DA-omvandling Digital Signal 111 Offsetfel Metod: Addera likspänning 001 000 0 V LSB V fs Analog Signal

Linjäritetsfel i AD och DA Digital Signal 111 Linjäritetsfel 001 Metod: Svårt! Bästa passning Ev. Korrigera efter tabell 000 0 V LSB V fs Analog Signal

-- * --