Mạch Chuyển đổi A/D, D/A

Chương này nêu lên nguyên tắc chung chuyển đổi tín hiệu tương tự (Analog) thành tín hiệu số (Digital) A/D và chuyển đổi tín hiệu số (Digital) thành tín hiệu tương tự (Analog) D/A. Nêu một số mạch điện để thực hiện các quá trình đó. Các vấn đề của chương gồm: Cơ sở lý luận: Khái niệm chung về chuyển đổi A/D, D/A, các tham số cơ bản, giải biến đổi của điện áp tín hiệu tương tự đầu vào, độ chính xác của qúa trình chuyển đổi A/D, tốc độ chuyển đổi. Các bước chuyển đổi A/D: lấy...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mạch Chuyển đổi A/D, D/A Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A CHƯƠNG 6: CHUYỂN ĐỔI A/D, D/AGIỚI THIỆU CHUNG Chương này nêu lên nguyên tắc chung chuyển đổi tín hiệu tương tự (Analog) thànhtín hiệu số (Digital) A/D và chuyển đổi tín hiệu số (Digital) thành tín hiệu tương tự(Analog) D/A. Nêu một số mạch điện để thực hiện các quá trình đó. Các vấn đề của chươnggồm: - Cơ sở lý luận: Khái niệm chung về chuyển đổi A/D, D/A, các tham số cơ bản, giải biến đổi của điện áp tín hiệu tương tự đầu vào, độ chính xác của qúa trình chuyển đổi A/D, tốc độ chuyển đổi. - Các bước chuyển đổi A/D: lấy mẫu và giữ mẫu, lượng tử hoá, mã hoá. - Các phương pháp chuyển đổi A/D. + Chuyển đổi A/D theo phương pháp song song. + Chuyển đổi A/D theo phương pháp đếm đơn giản. + Chuyển đổi A/D theo phương pháp hai sườn dốc. So sánh các phương pháp chuyển đổi A/D. - Chuyển đổi A/D phi tuyến: đặc tính của chuyển đổi A/D phi tuyến, đặc tính của bộ chuyển đổi D/A phi tuyến. Đặc tính của bộ chuyển đổi A/D, D/A phi tuyến thực tế. - Các phương pháp chuyển đổi D/A. + Các bước chyuển đổi D/A. + Chuyển đổi D/A bằng phương pháp thang điện trở. + Chuyển đổi D/A bằng phương pháp mạng điện trở.NỘI DUNG6.1. CƠ SỞ LÝ LUẬN6.1.1. Khái niệm chung Để phối ghép giữa nguồn tín hiệu tương tự với các hệ thống xử lý số, người ta dùngcác mạch chuyển đổi tương tự - số (viết tắt là A/D) nhằm biến đổi tín hiệu tương tự sangdạng số hoặc dùng mạch chuyển đổi số - tương tự (D/A) trong trường hợp cần thiết biến đổitín hiệu số sang dạng tương tự. Quá trình biến đổi một tín hiệu tương tự sang dạng số đượcminh hoạ bởi đặc tuyến truyền đạt trên hình 6-1. UD 111 110 101 163 ΔUQ 100 Q 011 010 001 Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A Tín hiệu tương tự UA được chuyển thành một tín hiệu có dạng bậc thang đều. Với đặctuyến truyền đạt như vậy, một phạm vi giá trị của UA được biểu diễn một giá trị đại diện sốthích hợp. Các giá trị đại diện số là các giá trị rời rạc. Cách biểu diễn phổ biến nhất là dùngmã nhị phân (hệ cơ số 2) để biểu diễn tín hiệu số. Tổng quát, gọi tín hiệu tương tự là SA (UA), tín hiệu số là SD(UD) thì SD được biểudiễn dưới dạng của nhị phân là: S D = b n −1 .2 n −1 + b n − 2 .2 n − 2 + ... + b 0 .2 0 (6-1) Trong đó các hệ số bk= 0 hoặc 1 (với k = 0 đến k = n-1) và được gọi là bit. bn-1 được gọi là bit có nghĩa lớn nhất (MSB) tương ứng với cột đứng đầu bên trái củadãy mã số. Muốn biến đổi giá trị của MSB ứng với sự biến đổi của tín hiệu của giải làm việc. b0 gọi là bit có nghĩa nhỏ nhất (LSB) ứng với cột đứng đầu bên phải của dãy mã số.Mỗi biến đổi của tín hiệu là một mức lượng tử (một nấc của hình bậc thang). Với một mạch biến đổi có N bit tức là có N số hạng trong từ mã nhị phân thì một nấctrên hình bậc thang chiếm một giá trị. U A max Q = U LSB = (6-2) 2N −1 trong đó U A max là giá trị cực đại cho phép tương ứng của điện áp tương tự ở đầu vào A/D. Giá trị U LSB hay Q gọi là mức lượng tử. Do tín hiệu số là tín hiệu rời rạc nên trong quá trình chuyển đổi A/D xuất hiện một saisố gọi là sai số lượng tử hoá, được xác định như sau: 1 ΔU Q = .Q (6-3) 2 Khi chuyển đổi A/D phải thực hiện lấy mẫu tín hiệu tương tự. Để đảm bảo khôi phụclại tín hiệu một cách trung thực tần số lấy mẫu phải thoả mãn điều kiện sau: f M ≥ 2.f t max ≈ 2.B (6-4) trong đó ftmax là tần số cực đại của tín hiệu. B là giải tần số của tín hiệu. 164 Chương 6: Chuyển đổi A/D, D/A Theo định lý lấy mẫu, nếu điều kiện (6-4) thoả mãn thì không có sự trung lặp giữaphổ cơ bản và các thành phần phổ khác sinh ra do quá trình lấy mẫu.6.1.2. Các tham số cơ bản6.1.2.1. Giải biến đổi của điện áp tín hiệu tương tự ở đầu vào Là khoảng điện áp mà bộ chuyển đổi A/D thực hiện được. Khoảng điện áp đó có thể lấy trị số từ 0 đến giá trị dương hoặc âm nào đó hoặc cũngcó thể là điện áp hai cực tính từ -UAm đến +UAm6.1.2.2. Độ chính xác của bộ chuyển đổi ...