AD-/DA-omvandlare Digitala signaler, Sampling och Sample-Hold
Analoga och Digitala Signaler Analogt Digitalt 001100101010100000111110000100101010001011100010001000100 t
Analogt - Digitalt Analogt få komponenter låg effektförbrukning verkliga signaler Digitalt Hög precision Komplexare algoritmer Lagringskapacitet CD/DVD, MP3, Digitalkamera, GSM, datorer, etc, etc
Lagring Digital Signalbehandling AD-omvandling Signalbehandling DA-omvandling Förstärkning Filtrering Förstärkning Filtrering Analog
AD/DA i adio adiosändare Gränssnitt Analogt/Digitalt Digitalt Coder FFT DA DA LO j Analog F Trenden idag är att flytta Analog/Digital gränsnittet så nära antennen som möjligt. Digitalt De- Coder FFT SYNC AD LO j Analog AD F adiomottagare
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
Binära Talsystemet MSB = Most Significant Bit LSB = Least Significant Bit Minsta förändringen 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) V fs = V full scale = 1LSB*2 N (Med denna definition kan inte V fs nås) V outmax = V LSB (2 N -1)
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
Kvantiseringsfel U 1 = 2:4 V Om vi har 2 spänningar och som summeras i en summator-krets U ut = U 1 + U 2 = 2:4 + 2:4 = 4:8 U 2 = 2:4 V Om man kvantiserar alla spänningar så får man då med ett avrundningsfel U ut = U 1 + U 2 = 2 0:5 + 2 0:5 = 4 1 Det betyder att man skulle kunna få resultatet 2 + 2 = 5!!
Nyquists Samplingsteorem Om man samplar en analog signal med en bandbredd,, med en samplingsfrekvens f sample > 2 B signal B signal kan den analoga signalen återskapas. f sample > 2 B signal B signal f Mer om detta i Digital Signalbehandling
Nyquists Samplingsteorem f sample > 2 B signal
Nyquists Samplingsteorem f sample < 2 B signal
Digital Analog domän DA-omvandling
Digital till Analog omvandling msb f Inverterande OPkoppling = Summatorn V ref 2 V out lsb 2 N-1 V out f V ref
Digital till Analog omvandling msb f Inverterande OPkoppling = Summatorn V ref 2 V out lsb 2 N-1 V out f 2 V ref
Digital till Analog omvandling msb f Inverterande OPkoppling = Summatorn V ref 2 V out lsb 2 N-1 V f out 2 N 1 V ref
Digital till Analog omvandling msb f Inverterande OPkoppling = Summatorn V ref 2 V out lsb 2 N-1 Digitalt ord styr switcharna V out msb f f f msb 1 lsb Vref 2 2 N 1
Digital till Analog omvandling msb f V ref 2 V out lsb 2 N-1 Om 16 bitar N 2 1 32678 lsb Svårt med så stora motståndsvärden! Litet antal bitar med relativt låga krav.
DA-omvandling - /2 Stege V ref 2 2 2 2 Börja analys från detta hållet msb lsb f V out Varje gren en inverterande OPkoppling
DA-omvandling - /2 Stege 2 2 Parallellkoppling av motstånd 1 1 1 1 tot 1 2 N
DA-omvandling - /2 Stege 2 V V 2 2 2 V Spänningshalvering i varje steg V V 2
DA-omvandling - V ref 2 /2 Stege V ref 2 N 1 V ref 2 V ref 2 2 2 msb lsb f V out Matchade motstånd Ej större än 2
Fel i DA-omvandling V fs Analog Signal Skalfaktorfel Metod: Korrigera förstärkningen V LSB 0 000 001 111 Digital Signal
Fel i DA-omvandling V fs Analog Signal Offsetfel Metod: Addera likspänning V LSB 0 000 001 111 Digital Signal
Fel i DA-omvandling V fs Analog Signal Linäritetsfel Metod: Svårt! Ev. Korrigera efter tabell V LSB 0 000 001 111 Digital Signal
Analog Digital domän AD-omvandling
Analog till Digital omvandling Filtrerad analog signal Samplad signal Analog In Lågpass filter Sample & Hold A/D omvandling Digital ut Antivikningsfilter Klocksignal
Sample & Hold Under AD-omvandlingen får inte det analoga värdet ändras Sample & Hold krets Acquisition time = tid för utsignalen att följa insignalen när man går från HOLD till SAMPLE sample hold sample hold sample t
Sample & Hold Spara ett analogtvärde Kondensator f sample L Drop rate = Kondensatorn laddas ur sample hold sample hold t
Sample & Hold med Buffer f sample L Hög in Liten ström t
Sample & Hold med Buffer f sample L Buffert för att inte lasta insignalkällan
Flash-omvandlare V fs 3/2 Analog Sample D E C O D E Digitala Utgångar Snabb men kräver mycket hårdvara Antal Komp. 8 bitar = 255 16 bitar = 65 535 /2 2 N-1 Komparatorer
Succesivapproximation V IN Fyra Bitar DAC V fs X LSB V IN X MSB egister 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
äknarbaserad AD-omvandlare V IN X LSB DAC Komparator jämför det DAomvandlade värdet med insignalen X MSB Klar äknare Två-typer: Trappstegs- och Följande-omvandlare
Trappstegsomvandlare V IN V IN Klar DAC X LSB X MSB äknare Klar/ Nollställning Klar Omvandlingstid beror på Insignalsnivån
Följandeomvandlare V IN V IN DAC X LSB X MSB äknare UPP/NE Utsignalen följer Insignalen Snabbare än Trappstegs
Följandeomvandlare V IN X LSB DAC Insignalen variera för snabbt V IN X MSB äknare UPP/NE äknaren begränsas av en bit per klockcykel
Omvandlingstid Trappstegsomvandlare 2 N -1 Succesiv approximation N Flash 1 Men snabbare omvandling betalas med extra hårdvara