Analogt och Digital. Viktor Öwall. Elektronik

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

Analogt och Digital. Viktor Öwall Bertil Larsson

Analogt och Digital. Viktor Öwall. Elektronik

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

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

Elektronik Elektronik 2017

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 Dataomvandlare

Elektronik. Dataomvandlare

Elektronik Dataomvandlare

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

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

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

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

Enchipsdatorns gränssnitt mot den analoga omvärlden

Komparatorn, AD/DA, överföringsfunktioner, bodediagram

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

A/D D/A omvandling Mätteknik för F

Analog till Digitalomvandling

A/D D/A omvandling. Johan Nilsson

Analog till Digitalomvandling

A/D- och D/A- omvandlare

Tentamen i Elektronik - ETIA01

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

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

Enchipsdatorns gränssnitt mot den analoga omvärlden

Läsinstruktioner. Materiel

Spektrala Transformer

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

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

Spektrala Transformer

Analoga och digitala signaler. Analogt och digitalt. Analogt. Digitalt. Analogt få komponenter låg effektförbrukning

Digitalt eller Analogt

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

Signalbehandling, förstärkare och filter F9, MF1016

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

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

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15

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

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

Effektpedal för elgitarr

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

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 4 Operationsförstärkare

SENSORER OCH MÄTTEKNIK

Digital elektronik CL0090

Digital signalbehandling Digitalt Ljud

Frekvensplanet och Bode-diagram. Frekvensanalys

Översikt, kursinnehåll

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

Sammanfattning. ETIA01 Elektronik för D

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

Grundläggande signalbehandling

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

Ljudteknik. Digital representation. Vad är ljud?

- Digitala ingångar och framförallt utgångar o elektrisk modell

Att fånga den akustiska energin

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15

Signaler och system, IT3

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

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

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15

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

Grundläggande ljud- och musikteori

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

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

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

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

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

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

2 Laborationsutrustning

Tid- och frekvensmätning Ola Jakobsson Johan Gran, labbhandledare

D0013E Introduktion till Digitalteknik

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

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

Digital kommunikation. Maria Kihl

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

Digital IC konstruktion

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

Sammanfattning TSBB16

Elektriska kretsar och fält - några exempel på tillämpningar

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

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

Isolationsförstärkare

William Sandqvist

5 OP-förstärkare och filter

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

Digital IC konstruktion

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

(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

GRUNDKURS I SIGNALBEHANDLING (454300), 5sp Tentamen

Ulrik Söderström 20 Jan Signaler & Signalanalys

OP-förstärkare. Idealiska OP-förstärkare

Ulrik Söderström 19 Jan Signalanalys

Digitala system EDI610 Elektro- och informationsteknik

Innehåll. Innehåll. sida i

Transkript:

Analogt och Digital 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, MP3, Digitalkamera, GSM, datorer, etc, etc

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

AD/DA i adio De- Coder adiosändare Coder Digitalt Digitalt FFT FFT SYNC Gränssnitt Analogt/Digitalt DA DA AD AD LO LO j j Analog F Analog F Trenden idag är att flytta Analog/Digital gränsnittet så nära antennen som möjligt. adiomottagare

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 V fs = V full scale = 1LSB*2 N (Med denna definition kan inte V fs nås) V outmax = V LSB (2 N -1)

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

Dynamik och Upplösning Antal Antal Upplösning Dynamik bitar Intervall V fs =0.5V V LSB =0.03125 4 16 0.03125V 0.5V 8 256 2mV 8V 12 4096 0.12mV 128V 16 65 536 7.6mV 2042V 24 16 777 216 29.8nV 524288V

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

Nyquists Samplingsteorem Om man samplar en analog signal med en bandbredd, BW signal, med en samplingsfrekvens f 2BW sample signal kan den analoga signalen återskapas. f 2BW sample signal BW signal Mer om detta i Digital Signalbehandling f

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 ead CD Error correcting decoding DA-conv. Home Amplification Filtering Amplification Filtering

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

CD/DVD Om man sträcker ut spåret på en CD blir det nästan 5 km. 0.5microns 1.6microns Track Pitch: 1.6mm 0.74mm Bump width: 0.5mm 0.32mm

CD spelaren Lasern flyttas från centrum och utåt och hastigheten reduceras från 500rpm to 200 rpm The bumps passerar lasern med konstant hastighet

Vinylskivan konstant hastighet

Felkorrigerande koder Data kodas så om ett begränsat antal fel uppstår kan de korrigeras. Felkorrigerande koder ger fler bitar. Man kan borra ett litet hål och fortfarande spela CDn. fel längs spåren är värre än diagonala.

Digital till Analog omvandling

Digital till Analog Konvertering V ref msb 2 f Inverterande OP-koppling = Summatorn V out lsb 2 N-1 V out f V ref

Digital till Analog Konvertering V ref msb 2 f Inverterande OP-koppling = Summatorn V out lsb 2 N-1 V out f 2 V ref

Digital till Analog Konvertering V ref msb 2 f Inverterande OP-koppling = Summatorn V out lsb 2 N-1 V f out 2 N 1 V ref

Digital till Analog Konvertering V ref msb 2 f Inverterande OP-koppling = Summatorn V out lsb 2 N-1 Digitalt ord styr switcharna V out msb f f f msb 1 lsb Vref 2 N 1 2

Digital till Analog Konvertering msb f V ref 2 lsb 2 N-1 V out 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 OP-koppling

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 - /2 Stege V ref V ref 2 ( 1) V 2 N ref 2 V ref 2 2 2 msb lsb f V out Matchade motstånd Ej större än 2

Analog till Digital omvandling

Analog till Digital omvandling Filtrerad analog signal Samplad signal Analog In Lågpassfilter 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 Droop 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

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 Klar Utsignalen följer Insignalen Snabbare än Trappstegs

Följandeomvandlare V IN Insignalen varierar för snabbt DAC X LSB V IN X MSB äknare UPP/NE Klar äknaren begränsas av en bit per klockcykel

Succesivapproximation V IN DAC Fyra Bitar 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

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

Omvandlingstid Trappstegsomvandlare 2 N -1 Succesiv approximation N Flash 1 Men snabbare omvandling betalas med extra hårdvara

-V ef Integrerande Omvandlare, Single Slope eset C Clock 1 V v t ref io 0 ( Vref ) dt t C C V IN Stopp Analog In Komparator Counter Digitalt UT Samplad Signal

-V ef Integrerande Omvandlare, Single Slope eset C v io 1 C Clock t 0 ( V ref ) dt V ref C Oladdad Kondensator. Kondensatorn laddas tills komparaton slår om. t Analog In Komparator Counter Digitalt UT äknarvärdet mått på tid som är proportionellt mot spänningen. Problem: Komponentpassning Drift

Integrerande Omvandlare, Dual Slope Analog In C Clock -V ef Komparator Control 1. Kondensatorn laddas upp med Analog IN medan räknaren går till max 2. Kondensatorn laddas ur med V ref, räknarvärdet vid omslag mått på analoga spänningen Counter Digitalt UT

Integrerande Omvandlare, Dual Slope Analog In C Clock T2 T 1 -V ef V V in ref Utsignalen är beroende av både upp- och urladdning men EJ av C och. Komparator Control Counter Digitalt UT Ej känslig för drift i klockfrekvens och variationer i och C

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

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

Fel i AD-omvandling V fs Analog Signal V LSB 0 000 001 111 Linäritetsfel Metod: Svårt! Bästa passning Ev. Korrigera efter tabell Digital Signal

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