Elektronik Dataomvandlare

Relevanta dokument
Elektronik Dataomvandlare

Elektronik. Dataomvandlare

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

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

Komparatorn, AD/DA, överföringsfunktioner, bodediagram

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

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

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-

Elektronik Elektronik 2019

Elektronik Elektronik 2017

Analogt och Digital. Viktor Öwall Bertil Larsson

Analogt och Digital. Viktor Öwall. Elektronik

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

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

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

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

A/D D/A omvandling. Johan Nilsson

Läsinstruktioner. Materiel

A/D D/A omvandling Mätteknik för F

Analog till Digitalomvandling

Spektrala Transformer

Spektrala Transformer

Tentamen i Elektronik - ETIA01

Analog till Digitalomvandling

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

Enchipsdatorns gränssnitt mot den analoga omvärlden

A/D- och D/A- omvandlare

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

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

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

Ljudteknik. Digital representation. Vad är ljud?

Frekvensplanet och Bode-diagram. Frekvensanalys

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

Mätteknik Digitala oscilloskop

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

Elektronik 2018 EITA35

Digital signalbehandling Digitalt Ljud

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

Signaler och system, IT3

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

Översikt, kursinnehåll

Projekt 1 (P1) Problembeskrivning och uppdragsspecifikation

AD-/DA-omvandling 2015

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

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

Digital IC konstruktion

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

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

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

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

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

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15

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

Enchipsdatorns gränssnitt mot den analoga omvärlden

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

Innehåll. Innehåll. sida i

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15

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

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

Digital elektronik CL0090

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15

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

Digitala system EDI610 Elektro- och informationsteknik

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

Mätteknik Digitala oscilloskop

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

GRUNDKURS I SIGNALBEHANDLING (454300), 5sp Tentamen

Spektrala Transformer

Digital IC konstruktion

SENSORER OCH MÄTTEKNIK

Föreläsning: Digitalt Ljud. signalbehandling. Elektronik - digital signalbehandling. Signal och spektrum. PC-ljud. Ton från telefonen.

Elektronik EITA35: Elektronik. Erik Lind

IE1205 Digital Design: F6 : Digital aritmetik 2

5 Beräkna en fyra bitars checksumma för bitföljden Visa beräkningen. 4p

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

Digitalt eller Analogt

Signalbehandling, förstärkare och filter F9, MF1016

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

Digital IC konstruktion

Lösningar. Tentamen i TSTE 80, Analoga och Tidsdiskreta Integrerade Kretsar. Lösningsförslag. Lycka till! 1 (10)

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

Tentamen i Elektronik, ESS010, del1 4,5hp den 19 oktober 2007 klockan 8:00 13:00 För de som är inskrivna hösten 2007, E07

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

IE1206 Inbyggd Elektronik

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

Sammanfattning TSBB16

IE1206 Inbyggd Elektronik

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

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet G33(1) TER4(63)

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

Elektro och Informationsteknik LTH Laboration 4 Tidsplan, frekvensplan och impedanser

FÖRELÄSNING 13: Analoga o p. 1 Digitala filter. Kausalitet. Stabilitet. Ex) på användning av analoga p. 2 filter = tidskontinuerliga filter

Elektronik ESS 010 Elektronik. Erik Lind

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

DIGITALA FILTER. Tillämpad Fysik Och Elektronik 1. Frekvensfunktioner FREKVENSSVAR FÖR ETT TIDSDISKRET SYSTEM. x(n)= Asin(Ωn)

Tentamen i Digitala system - EDI610 15hp varav denna tentamen 4,5hp

- Digitala ingångar och framförallt utgångar o elektrisk modell

Transkript:

Elektronik Översikt Analoga och digitala signaler Dataomvandlare Pietro Andreani Institutionen för elektro- och informationsteknik Lunds universitet Nyquistteorem Kvantiseringsfel i analog-till-digital omvandling Digital-till-analog (DA) omvandlare AD-omvandlare Analoga och digitala signaler Analogt kontra digitalt Analogt Analogt: få komponenter höga frekvenser verkliga signaler 001100101010100000111110000100101010001011100010001000100 t EIT, JSSC 016 Hög precision Komplexare algoritmer Lagringskapacitet EIT, ISSCC 017 CD/DVD, MP3, Digitalkamera, GSM, datorer, o s v 3 4

Exempel: audiosystem Exempel modern radio Databehandling Lagring Databehandling Trenden idag är att flytta gränssnittet mellan A och D så nära antennen som möjligt, eftersom D är enkelt, A är svårt Coder FFT Radiosändare DA LO j Analog AD-omvandling DA-omvandling DA RF Förstärkning Filtrering Förstärkning Filtrering Radiomottagare AD Analog Analogt De- Coder FFT SYNC AD LO j RF 5 6 Sensorsystem Binära talsystem tal med bas Man går över till digital signalbehandling så fort som möjligt, eftersom den är både enklare, mer allmän och mer kraftfull Most Significant Bit (MSB) Least Significant Bit (LSB, minsta förändringen) N bitar N ord 1 0 0 0 0 (0) 0 0 1 (1) 0 1 0 () 0 1 1 (3) 1 0 0 (4) 1 0 1 (5) 1 1 0 (6) 1 1 1 (7) V fs = V vid full scale = 1LSB N Med denna definition kan inte V fs nås: V outmax = V LSB ( N -1) 7 8

Tidskontinuerliga, tidsdiskreta och digitala signaler Nyquists samplingsteorem 111 kontinuerlig analog signal Om man samplar en analog signal som har bandbredd f sig med en samplingsfrekvens f s, då måste man se till att kvantisering = begränsat antal nivåer = diskret amplitud f s > f sig om operationen inte skall medföra en informationsförlust! digital signal = diskret tid och diskret amplitud 001 000 samplad signal analog, men diskret tid t f sig f s f sig f 9 10 Sampling f s > f sig ok Sampling f s < f sig inte ok 1 0.8 0.6 0.4 0. 0-0. -0.4-0.6-0.8-1 0 1 3 4 5 6 7 8 9 10 1 0.8 0.6 0.4 0. 0-0. -0.4-0.6-0.8-1 0 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1

Vikning! Med spektra 1 0.8 Insignalens frekvensspektrum 0.6 0.4 0. Den samplade signalens spektrum, f s > f B (=f sig ) 0-0. -0.4-0.6-0.8-1 0 1 3 4 5 6 7 8 9 10 vikning! Den samplade signalens spektrum, f s < f B (=f sig ) 13 14 Vikning (alias) och spegelfrekvens Kvantiseringsfel Exempel: Nivå X+1 Nivå X+1 f s = 10kHz f sig = 7kHz Nivå X Nivå X f sig f s f sig f sig f s f s f sig f sig f s spegelfrekvens Trunkering Alla värden mellan två nivåer approximeras åt samma håll Maximalt fel = 1LSB Avrundning Värden approximeras antingen upp eller ner Maximalt fel = ±1/ LSB o s v 15 16

Kvantiseringsfel med avrundning Ett exempel Första och sista steget är bara D/ breda Man kan visa att den genomsnittliga effekten av kvantiseringsfelet (också kallat kvantiseringsbrus) är P Q D = 1 kvantiserad sinus (10 bitar) kvantiseringsfel Det högsta signal-till-kvantiseringsbrus förhållandet (SQNR) i en N-bitars AD-omvandlare är P SQNR= = + P ( N ) sin 10 log 6.0 1.76 db Q 17 18 Icke-ideala omvandlare offsetsfel Icke-ideala omvandlare förstärkningsfel ADC DAC ADC DAC 19 0

Icke-ideala omvandlare linjäritetsfel Avvikelsen från den ideala interpoleringslinjen, när överföringsfunktionen har korrigerats för offsets- och förstärkningsfel DA-omvandling med motstånd i serie Väldigt enkelt, används ofta, särskilt när N är lågt, eftersom: N bitar N R U Exempel med N=3 (a): (b): i VDAC = V N ref N i = 0,..., -1 i+ 1 VDAC = V N N i= 0,..., -1 ref Viktigt: ideala DA-omvandlare introducerar inte något fel i omvandlingen! 1 Eller med R-R nät väldigt elegant DA-omvandling med kapacitanser Impedansen till höger till varje R är lika med R impedansen i parallell med varje R är lika med R! Antalet motstånd faller från N till 3N väldigt kompakt! Vi antar att impedansen vid denna nod är @0 I I I I I b b b b 4 ref ref 1... ref ref out = n- + n- + + n-1 1+ n 0 C V 1 out = V ref C C 1+ V = V k out ref n 3 4

DA-omvandling med strömkällor Analog till digital omvandling Strömkällor implementeras med MOS-transistorer eller BJT-transistorer ( 1 0 1... n - -1) I = I b + b + b + + b out u n Filtrerad analog signal Samplad signal binärt viktad Analog In Lågpass filter Sample & Hold A/D omvandling Digital ut termometer-viktad Antivikningsfilter Klocksignal 5 6 Sample and Hold (S&H, S/H) AD-omvandlare till olika ändamål Under AD-omvandlingen får inte det analoga värdet ändras S/H ackvisitionstid #bits 1 D / T s in- och utgångsbuffertar IN UT 0 1 ord / (OSR T s ) 15 DELTA SIGMA 1 bit / T s IN UT lagrar den samplade signalen sample hold sample hold sample 10 5 SUCCESIVAPPROXIMATION FLASH, TVÅSTEG, TIDSPARALLELLA 1 ord / T s När man köper en AD-omvandlare följer S&H ofta med (se t ex labb ) 1k 10k 100k 1M 10M 100M 1G f sig 7 8

Flash AD-omvandlare Tvåstegs AD-omvandlare N -1 komparatorer Snabb, men kräver mycket hårdvara! Två (eller flera) klockcykler för omvandling, men mycket mer kompakt än flash-omvandlaren A V K O D A R E 8 bitar = 55 komparatorer 16 bitar = 65 535 komparatorer 4 + 4 bitar 4 ( ) - 1 = 30 komp. 9 30 Tidsmultiplexad AD-omvandlare #N AD-omvandlare i parallell turas om att omvandla: N gånger högre hastighet än med bara 1 omvandlare populärt tillvägagångssätt! Man måste dock se till att alla AD-omvandlare ( kanaler ) är väldigt väl matchade till varandra S&H måste arbeta med hög hastighet Exempel från verkligheten A. Varzaghani et al., A 10.3-GS/s, 6-Bit Flash ADC for 10G Ethernet Applications, ISSCC 013 (Broadcom) 4 kanaler 31 3

V IN X LSB X MSB Succesivapproximation AD-omvandlare Med kondensator-dac: enkla, effektsnåla, bra upplösning, relativt hög hastighet populära! DAC Styrlogik Binär sökning: N bitar N jämförelser N+1 (N+) klockcykler Test Utvärde V IN Exempel: 4 bitar V fs Förslag 1000 1100 1010 1001 OK 1000 NEJ 1000 NEJ 1000 OK 1001 V sig VREF Integrerande AD-omvandlare Kondensatorn laddas upp av insignalen över N klockcykler, och sen tar referensspänningen k klockcykler för att ladda ner den tillbaka till 0V Väldigt långsam (1LSB per klockcyckel), men den kan leverera ett högt antal bitar Omvandlingens noggrannhet är inte beroende av tidskonstanten RC C R Vout V V V T T RC RC sig REF out =- sig = REF N Tclk ktclk V Tsig V out TREF k - Vsig = V N REF t 33 34