Thực tập vô tuyến đại cương - Bài 14

bộ biến đổi t-ơng tự – số (adc) Mục đích: Tìm hiểu cơ sở lý thuyết và các ph-ơng pháp của biến đổi t-ơng tự số (ADC). Tiến hành khảo sát một số loại ADC đ-ợc thực hiện theo các ph-ơng pháp đ-ợc nêu và đo đạc, đánh giá chúng. Phần lý thuyết 1. Cơ sở lý thuyết 1.1. Khái niệm chung: Do sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử số, đặc biệt là sự ứng dụng phổ biến của máy tính điện tử số, nên th-ờng dùng mạch số để xử lý tín hiệu t-ơng tự. Muốn dùng...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thực tập vô tuyến đại cương - Bài 14 Bµi 14 bé biÕn ®æi t−¬ng tù – sè (adc) Môc ®Ých: T×m hiÓu c¬ së lý thuyÕt vµ c¸c ph−¬ng ph¸p cña biÕn ®æi t−¬ng tù sè (ADC). TiÕn hµnh kh¶o s¸t mét sè lo¹i ADC ®−îc thùc hiÖn theo c¸c ph−¬ng ph¸p ®−îc nªu vµ ®o ®¹c, ®¸nh gi¸ chóng. PhÇn lý thuyÕt 1. C¬ së lý thuyÕt 1.1. Kh¸i niÖm chung: Do sù ph¸t triÓn nhanh chãng cña kü thuËt ®iÖn tö sè, ®Æc biÖt lµ sù øng dông phæ biÕn cña m¸y tÝnh ®iÖn tö sè, nªn th−êng dïng m¹ch sè ®Ó xö lý tÝn hiÖu t−¬ng tù. Muèn dïng hÖ thèng sè xö lý tÝn hiÖu t−¬ng tù th× ph¶i biÕn ®æi tÝn hiÖu t−¬ng tù thµnh tÝn hiÖu sè t−¬ng øng, råi ®−a vµo ®Ó hÖ thèng sè xö lý. MÆt kh¸c th−êng cã yªu cÇu biÕn ®æi tÝn hiÖu sè (kÕt qu¶ xö lý) thµnh tÝn hiÖu t−¬ng tù t−¬ng øng ®Ó ®−a ra sö dông. Chóng ta gäi sù chuyÓn ®æi tÝn hiÖu t−¬ng tù sang tÝn hiÖu sè lµ chuyÓn ®æi AD, vµ m¹ch thùc hiÖn c«ng viÖc ®ã lµ bé biÕn ®æi t−¬ng tù - sè (ADC - Analog Digital Converter). Chóng ta gäi sù chuyÓn ®æi tÝn hiÖu sè sang tÝn hiÖu t−¬ng tù lµ chuyÓn ®æi sè - t−¬ng tù (DA), vµ m¹ch thùc hiÖn chuyÓn ®æi sè - t−¬ng tù lµ DAC (Digital Analog Converter). Qu¸ tr×nh biÕn ®æi 1 tÝn hiÖu t−¬ng tù sang d¹ng sè ®−îc minh häa bëi ®Æc tÝnh truyÒn ®¹t nh− h×nh 14.1. UD 111 110 101 100 ↓ ∆UQ 011 Q → ← ↑ 010 001 UA 000 1 2 3 4 5 6 7 (UAmax) H×nh 14.1: §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t cña m¹ch biÕn ®æi t−¬ng tù - sè víi UA 256 UA: §iÖn ¸p vµo t−¬ng tù. UD: §iÖn ¸p ra sè. Gi¸ trÞ cña tÝn hiÖu t−¬ng tù UA ®−îc chuyÓn thµnh mét ®¹i l−îng sè mµ mèi quan hÖ gi÷a chóng cã d¹ng bËc thang ®Òu. Víi ®Æc tÝnh truyÒn ®¹t nh− vËy, mét ph¹m vi gi¸ trÞ cña UA ®−îc biÓu diÔn bëi mét gi¸ trÞ ®¹i diÖn sè thÝch hîp. C¸c gi¸ trÞ ®¹i diÖn sè lµ c¸c gi¸ trÞ rêi r¹c. Mét c¸ch tæng qu¸t, tÝn hiÖu sè S D = bn−1 2 n−1 + bn−2 2 n−2 + ... + b0 2 0 . trong ®ã c¸c hÖ sè bK = 0 hoÆc 1. (víi bK nhËn 2 gi¸ trÞ 0 vµ 1 gäi lµ bit). • bn-1 ®−îc gäi lµ bit cã nghÜa lín nhÊt (MSB - Most Significant bit) t−¬ng øng víi cét ®øng bªn tr¸i cña d·y m· sè. Mét biÕn ®æi gi¸ trÞ cña MSB øng víi sù biÕn ®æi cña tÝn hiÖu lµ nöa d¶i lµm viÖc. • b0 lµ bit cã nghÜa nhá nhÊt (LSB - Least Significant bit) t−¬ng øng víi cét ®øng ®Çu tiªn bªn ph¶i cña d·y m· sè. Mét biÕn ®æi gi¸ trÞ cña LSB øng víi 1 møc l−îng tö (1 nÊc cña h×nh bËc thang). 1.2. C¸c tham sè c¬ b¶n. 1.2.1. D¶i biÕn ®æi cña ®iÖn ¸p t−¬ng tù ë ®Çu vµo. Lµ kho¶ng ®iÖn ¸p mµ bé chuyÓn ®æi AD cã thÓ thùc hiÖn chuyÓn ®æi ®−îc. Kho¶ng ®iÖn ¸p ®ã cã thÓ lÊy trÞ sè tõ 0 ®Õn mét trÞ sè d−¬ng hoÆc ©m nµo ®ã hoÆc còng cã thÓ lµ ®iÖn ¸p cã hai cùc tÝnh tõ −UAm ®Õn +UAm . 1.2.2. §é ph©n gi¶i. §é ph©n gi¶i cña ADC biÓu thÞ b»ng sè bit cña tÝn hiÖu ë ®Çu ra. Sè bit cµng nhiÒu th× sai sè l−îng tö cµng nhá, ®é chÝnh x¸c cµng cao. VÝ dô: Mét ADC cã sè bit ë ®Çu ra N = 12 cã thÓ ph©n biÖt ®−îc 212 = 4069 møc trong d¶i biÕn ®æi ®iÖn ¸p vµo cña nã. §é ph©n biÖt cña mét ADC ®−îc ký hiÖu lµ Q vµ ®−îc x¸c ®Þnh bëi biÓu thøc sau: U Am Q= 2N −1 Q lµ gi¸ trÞ cña mét møc l−îng tö ho¸ hoÆc cßn gäi lµ mét LSB. Th«ng th−êng c¸c ADC cã sè bit tõ 3 ®Õn 12. Ngoµi ra cßn cã mét sè c¸c ADC ®¹t ®−îc ®é chÝnh x¸c cã sè bit tõ 14 ®Õn 16 bit. Liªn quan ®Õn ®é chÝnh x¸c cña ADC cßn cã nh÷ng tham sè kh¸c ®−îc minh häa trªn h×nh 14.2. 257 Lý t−ëng UD Thùc 111 110 101 MÐo phi tuyÕn 100 011 010 Sai sè khuÕch ®¹i 001 Sai sè ®¬n ®iÖu 000 UA 1 LSB Sai sè lÖch kh«ng 2 H×nh 14.2: §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t lý t−ëng vµ thùc cña m¹ch biÕn ®æi t−¬ng tù - sè (ADC). §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t lý t−ëng cña ADC lµ mét ®−êng bËc thang ®Òu vµ cã ®é dèc trung b×nh b»ng 1. §Æc tuyÕn thùc cã sai sè lÖch kh«ng, nghÜa lµ nã kh«ng xuÊt ...