A/D D/A omvandling Mätteknik för F

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

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

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

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

A/D D/A omvandling. Johan Nilsson

SENSORER OCH MÄTTEKNIK

Innehåll forts. Mätosäkerhet Sampling Vikning (Aliasing) Principer för D/A omvandling Sammanfattning Lab-info Förberedelser och/eller övningar

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

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

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

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

Elektronik Elektronik 2019

Analogt och Digital. Viktor Öwall. Elektronik

Elektronik Dataomvandlare

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

Signalbehandling, förstärkare och filter F9, MF1016

Elektronik Elektronik 2017

Analog till Digitalomvandling

Enchipsdatorns gränssnitt mot den analoga omvärlden

Elektronik. Dataomvandlare

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

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

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

Elektronik Dataomvandlare

Analog till Digitalomvandling

A/D- och D/A- omvandlare

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

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

Analogt och Digital. Viktor Öwall. Elektronik

Analogt och Digital. Viktor Öwall Bertil Larsson

Tentamen i Elektronik - ETIA01

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

Läsinstruktioner. Materiel

Operationsförstärkaren. Den inverterande förstärkaren. Integrerande A/D-omvandlare. Multimeter - blockschema. Integratorn. T ref *U x = -T x *U ref

Elektronik 2018 EITA35

Umeå universitet Tillämpad fysik och elektronik Ville Jalkanen mfl Laboration Tema OP. Analog elektronik för Elkraft 7.

5 OP-förstärkare och filter

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

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

Digitalt eller Analogt

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 4 Operationsförstärkare

Elektroteknikens grunder Laboration 3. OP-förstärkare

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

Mätteknik Digitala oscilloskop

Enchipsdatorns gränssnitt mot den analoga omvärlden

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 16 dec 2008 klockan 8:00 13:00.

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

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

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

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15

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

Figur 1 Konstant ström genom givaren R t.

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

Komparatorn, AD/DA, överföringsfunktioner, bodediagram

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

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk, ETEF15. Exempeltentamen

Mätteknik E-huset. Digitalt oscilloskop Vertikal inställning. Digitalt oscilloskop. Digitala oscilloskop. Lab-lokal 1309 o 1310

OP-förstärkaren, INV, ICKE INV Komparator och Schmitt-trigger

OP-förstärkare. Idealiska OP-förstärkare

Laboration 4: Tidsplan, frekvensplan och impedanser. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

- Digitala ingångar och framförallt utgångar o elektrisk modell

Spektrala Transformer

Elektronik 2018 EITA35

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

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

Laboration 1: Styrning av lysdioder med en spänning

Förstärkare. Mätteknik. Ulrik Söderström, TFE, UmU. 1

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

Mätteknik Digitala oscilloskop

Isolationsförstärkare

Operationsförstärkare (OP-förstärkare) Kapitel , 8.5 (översiktligt), 15.5 (t.o.m. "The Schmitt Trigger )

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

Experiment med schmittrigger

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

Operationsfo rsta rkarens parametrar

OLOP II Obligatorisk LAB operationsförstärkare Analog elektronik 2

2E1112 Elektrisk mätteknik

Digital elektronik CL0090

Multimeter och räknare

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

IDE-sektionen. Laboration 5 Växelströmsmätningar

Laboration 3 Sampling, samplingsteoremet och frekvensanalys

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

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

Sammanfattning. ETIA01 Elektronik för D

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk, ETEF15. den 14 jan :00-13:00

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

Vanliga förstärkarkopplingar med operationsförstärkaren

Spektrala Transformer

DEL-LINJÄRA DIAGRAM I

(c) Summatorn. och utspänningen blir då v ut = i in R f. Med strömmen insatt blir utspänningen v ut = R f ( v 1. + v 2. ) eller omskrivet v ut = ( R f

Mätsystem Lektion inför lab.

Laboration - Va xelstro mskretsar

Laboration II Elektronik

Elektronik 2017 EITA35

1 Laboration 1. Bryggmätning

AD-/DA-omvandling 2015

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

Frekvensplanet och Bode-diagram. Frekvensanalys

Laboration - Operationsfo rsta rkare

Transkript:

A/D D/A omvandling Mätteknik för F Johan Nilsson johan.nilsson@bme.lth.se Innehåll! Repetition binära tal! Operationsförstärkare! Principer för A/D omvandling! Parallellomvandlare (Flash)! Integrerande (Integrating Dual Slope)! Deltapulsmodulation (Delta Pulse Modulation)! Approximerande (Successive Approximation)! Spänning/frekvensomvandling (VFC)

Innehåll forts.! Mätosäkerhet! Sampling! Vikning (Aliasing)! Principer för D/A omvandling! Sammanfattning! Lab-info! Förberedelser och/eller övningar AD/DA omvandling! Ljud och tal! Musik på CD, komprimerat mp3! Video! Telefon! Digital TV! DVD! Mätvärden från sensorer! Industri (ex. temperatur, tryck, töjning)! Medicin (ultraljud, MR-kamera, tomografi)

Varför digital signal behandling! Lättare att hantera information! Mindre störningskänslig! Påverkas inte av omgivningen! Lägre kostnad! Lättare att konstruera stabila system! Lättare att modifiera system! Långtidsmätningar! Komprimering av data Tillämpningar! Digitala oscilloskop 8 bitar och 200 MS/s -> 10 GS/s! Audio CD 16 bitar och 44.1 ks/s (minst)! Bilder, bildbehandling Ofta 8 bitar per färg (RGB-CMYK), i t ex medicinska sammanhang högre upplösning, kanske 16 bitar per färg! Digital Telefoni Första systemen(gsm): 300 3400 Hz, 8 bitar, 8 khz Tredje generationen (3G): 50 7000 Hz, 16 bitar, 16 khz samplingshastighet

Repetition: Binära talsystem! Basen är 2! Ex. 13 dec = 8+4+1 = 1101 bin! Största decimaltalet man kan representera med 8 bitar (1 byte) är: 128+64+32+16+8+4+2+1 = 255! 2 N -1 MSB LSB 2 7 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 128 64 32 16 8 4 2 1 0 0 0 0 1 1 0 1 Operationsförstärkaren Icke-inverterande ingång + " Vout = ( V " V )! G Inverterande ingång! Ideal Operationsförstärkare:! Oändlig förstärkning (G)! Oändlig bandbredd (oändligt snabb)! Oändlig inresistans (ingen ström genom + och -)! Ingen utresistans (kan driva ström)

Komparatorn! De flesta AD omvandlare använder sig av en komparator som en del i omvandlingsprocessen! En komparator jämför två spänningsnivåer A och B! Om A > B! ger komparatorn logisk hög signal, tex 1! Om A < B! ger komparatorn logisk låg signal, tex 0! En komparator kan implementeras med en enkel OP-förstärkare utan återkoppling. analogue input reference voltage A B + - Den inverterande förstärkaren V out = ( V G = " Det går inte att visa bilden. Det finns inte tillräckligt med ledigt minne för att kunna öppna bilden eller så är bilden skadad. Starta om datorn och öppna sedan filen igen. Om det röda X:et fortfarande visas måste du kanske ta bort bilden och sedan infoga den igen. Vout = V G +! V = V + +! V! V!! )# G = 0! V + = V - (eftersom V + i detta fall är kopplat till jord fås en virtuell jord vid V - )! I IN = 0 (oändlig inresistans, ingen ström flyter in i operationsförstärkaren)=>! I 1 = I 2 V in = I V R in 1! R1, I 1 =, Vout = " I 2! R2, 1 V out R = " R 2 1! V in

Integratorn! I några AD-omvandlare används en integrator! Utsignalen från en integrator beror på tiden och insignalen! En integrator kan implementeras med en OP-förstärkare och en kondensator! Spänningen över kondensatorn kommer att vara lika med utspänningen + Generellt för en kondensator gäller V C = 1 C t! 0 i( t) dt " V out = ( V " V )! G V out = " 1 RC t! 0 V in dt A/D omvandling! Flash omvandlare (parallell)! Integrerande omvandlare! Deltapulsmodulation! Spänning/frekvensomvandlare! Successiv approximation (SAR)! Finns en uppsjö av andra tekniker men dessa behandlas inte i denna kurs

Flash omvandlare (parallell)! V IN jämförs med noggranna spänningsnivåer uppdelade i jämna steg! Komparatorernas utgångar bildar en termometer kod som i grindnätet omvandlas till binärkod! Snabb men dyr! Ex. MAX104 från maxim-ic.! ±5V, 1Gsps, 8-Bit ADC with On-Chip 2.2GHz Track/Hold Amplifier Integrerande omvandlare (Dual slope) 1 RC TRE F # 0 Ux! T x 1 UXdt = " U RC # REF = " U REF! T dt UREF Ux = "! Tx TREF 1.000 Ux = "! 345 = 345mV 1000 x T 0 REF! Kondensatorn laddas upp under en bestämd tid T REF som bestäms av klockpulsgeneratorn! U REF används för att ladda ur kondensatorn och tiden T x mäts i en räknarkrets! U REF, T X och T REF används sedan för att räkna ut U X! Ex. TLC7135 4 1/2-Digit Precision Analog-to-Digital Converters från Analog Devices! Används i digitala voltmetrar (DVM)

Deltapulsmodulation! Mätning av tidskvoten mellan uppoch urladdning av kondensatorn! Ux är kvoten mellan Tin/T Spännings/frekvensomvandlare! Omvandlar en analog inspänning till ett pulståg med en frekvens som är direkt proportionell mot inspänningens värde! Ex. AD7741 Single-Supply, Single-Channel Synchronous VFC

Successiv approximation (SAR)! Successiv intervallhalvering! Antalet approximationer motsvarar bitlängden för A/D omvandlaren! Ex. AD7484: 14-Bit, 3 MSPS SAR ADC Sample and Hold (S/H) krets! Används för att spänningen konstant på ingången till SAR konvertern

Jämförelse Felkällor! Kvantiseringsosäkerhet! Nollpunktsosäkerhet! Skalfaktorosäkerhet! Lineariseringsosäkerhet! Mätupplösning

Kvantiseringsosäkerhet! +/-! LSB! Ex. en 8-bitars omvandlare med 5 Volts mätområde ger en upplösning på 5/2 8 = 19.5 mv! I en 8-bitars omvandlare måste spänningsförändringen i insignalen vara minst 19.5 mv för att märkas Obs, 3 bitar Nollpunktsosäkerhet! Felaktig nollreferens (U 0 )! Drift i ingångssteget (t.ex. orsakad av temperaturändringar)

Skalfaktorosäkerhet! Fel inställning av spänningsreferens (U REF )! Osäkerhet i komponentvärden i förstärkare eller resistanser Lineariseringsosäkerhet! Differentiell olinearitet (DNL)! Beror på det analoga ingångssteget! Skillnaden mellan det teoretiska och det verkliga steget DNL! LSB

Mätupplösning, konventionell DVM! 3! - 5! digit DVM HP3478 Dual Slope omvandling! Skallängd 3000 300000 enheter, motsvarar 12 19 bitar! Längre skallängd ger högre upplösning! Kortare mättid ger lägre upplösning och lägre skallängd! digit 5 digit Sampling! Samplingsteorem:! Samplingsfrekvensen f s måste vara minst två gånger så stor som den största frekvenskomponent i signalen man samplar. fs " 2! f

Vikning (aliasing)! fs < 2*f Vikning (aliasing)! För att undvika vikning har man ett lågpassfilter på ingången till omvandlaren! Filtrets brytfrekvens ska vara mindre än eller lika med fs/2

D/A omvandling! Viktade resistorer! R-2R stege D/A omvandling med viktade resitorer R1 R2 R U! R 2 UT = " UIN 1! Utgångstegens storlek beror på referenspänningen. Inverterande förstärkare! Svårt att ha hög ordlängd pga att det är svårt att tillverka resistorer med väldigt hög precision C B A U UT 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

D/A omvandling med R-2R stege! Endast ett resistorvärde behövs. 2R får genom att seriekoppla två resistorer Sammanfattning! Olika metoder för analog till digital omvandling! Olika kategorier av fel som förekommer i AD (och DA) -omvandlare! Sample and Hold kretsen! Prestandakriterier (snabbhet, upplösning, momentan-/medelvärde) för olika AD-omvandlare! Samplingsteoremet vikning aliasing! Principer för digital till analog omvandling

Labhandledningen! Läsanvisningar finns på första sidan! Förberedelseuppgifter kan man göra under lektionen eller hemma! Det kommer att bli ett litet test. Ca 3 frågor av 5 för godkänt! Två grupper skriver rapport och två grupper granskar (kommunicera)! Instruktioner finns på hemsidan: http://www.elmat.lth.se/utbildning/kurser/maetteknik_foer_f Självkontrollfrågor! s.188 och 191, uppgift 4,5,6,7, 24 och 25