Baøi 7: BIEÁN ÑOÅI A/D, D/A

CAÛM BIEÁN ADCHEÄ THOÁNGXÖÛ LYÙ SOÁ(MAÙY TÍNH)

DAC

ÑAÏI LÖÔÏNG VAÄT

LYÙ

ANALOG INPUT

ANALOG OUTPUT

DIGITAL INPUT

DIGITAL OUTPUT

ÑIEÀU KHIEÅN,

ÑLVL KHAÙC

I. BIEÁN ÑOÅI D/A

D/ACONVERTER

(DAC)

DCBA

ANALOG OUTPUT

DIGITAL INPUTS

DAC 4 BIT

D C B A Vout

0 0 0 0   

1 1 1 1

0V   

15V

Toång quaùt:

Analog output = K digital intput

K: thöøa soá (ñoä phaân giaûi)

TD: K = 1V Vout = (1V) digital input

Do ñoù, ta coù theå tính Vout öùng vôùi digital input

11002 = 1210 Vout = 1V 12 = 12V.TD: DAC 5 bit vôùi ngoõ vaøo laø 10100, doøng ngoõ ra laø 10mA. Tính Iout khi ngoõ vaøo laø 11101.

Giaûi

Ta coù: 101002 = 2010 khi Iout = 10mA.

K = 0,5 mA.

Do ñoù: 111012 = 2910

Iout = 0,5mA 29 = 14,5mA.

TD: DAC 8 bit vôùi ngoõ ra laø 1.0V khi ngoõ vaøo laø 001100102. Xaùc ñònh Vout lôùn nhaát cuûa DAC.

Giaûi

Ta coù: 001100102 = 5010

1V = K 50

K = 20 mV.

Do ñoù, ngoõ ra Vout(max) khi ngoõ vaøo laø: 1111 11112 = 25510

Vout(max) = 20mV 255 = 5,1V.Ñoä phaân giaûi K: ñoä phaân giaûi cuûa bieán ñoåi D/A laø söï thay ñoåi nhoû nhaát cuûa ngoõ ra analog khi coù söï thay ñoåi cuûa ngoõ vaøo digital.

Ñeám 4 bit

DACClock Vout

Ñoä phaân

giaûi 1V

0V 1V

2V 3V

DAC N bit seõ coù 2N möùc khaùc nhau, soá böôùc nhaûy seõ laø 2N – 1

TD: K = 0,2V. Xaùc ñònh Vout khi ngoõ vaøo laø 10001

100012 = 1710

Vout = 0,2V 17 = 3,4V.

II. BIEÁN ÑOÅI A/D

+

-

vA

ñaàu vaøo analog

Ñôn vò ñieàu khieån

1

0

Thanh ghi

Boä bieán ñoåi DA

. . .vAX

Keát quaû digital

So saùnh

OPAMP

EOC(keát thuùc chuyeån ñoåi)

Start

Clock

Boä bieán ñoåi hoaït ñoäng theo caùc böôùc:  Tín hieäu Start ñeå baét ñaàu bieán ñoåi. Cöù moãi xung clock, ñôn vò ñieàu khieån söûa ñoåi soá nhò phaân ñaàu ra vaø ñöa vaøo löu tröõ trong thanh ghi.  Soá nhò phaân trong thanh ghi ñöôïc chuyeån ñoåi thaønh aùp analog vAX qua boä bieán ñoåi DA.   OPAMP so saùnh vAX vôùi aùp ñaàu vaøo vA. Neáu vAX < vA thì ñaàu ra ôû möùc cao, coøn ngöôïc laïi, neáu vAX vöôït qua vA moät löôïng vT (aùp ngöôõng) thì ñaàu ra ôû möùc thaáp vaø keát thuùc quaù trình bieán ñoåi. Ôû thôøi ñieåm naøy, vAX ñaõ xaáp xæ baèng vA vaø soá nhò phaân chöùa trong thanh ghi chính laø giaù trò digital xaáp xæ cuûa vA (theo moät ñoä phaân giaûi vaø chính xaùc nhaát ñònh cuûa töøng heä thoáng).   Ñôn vò ñieàu khieån kích hoaït tín hieäu EOC, baùo raèng ñaõ keát thuùc quaù trình bieán ñoåi.

+

-

vA

ñaàu vaøo analog

CounterBoäâ bieán

ñoåi DA . . .vAX

Keát quaû digital

So saùnh

OPAMPEOC

Sta

rt

Clock

Reset

Clock

vAX

Start

vA

EOCtC

Khi chuyeån

ñoåi hoaøn taát,

counter ngöøng ñeám

Boä bieán ñoåi A/D theo haøm doác

•Boä bieán ñoåi AD xaáp xæ lieân tieáp

Ñaây laø boä bieán ñöôïc duøng roäng raõi nhaát trong caùc boä bieán ñoåi AD. Noù coù caáu taïo phöùc taïp hôn boä bieán ñoåi AD theo haøm doác nhöng toác ñoä bieán ñoåi nhanh hôn raát nhieàu. Hôn nöõa, thôøi gian bieán ñoåi laø moät soá coá ñònh khoâng phuï thuoäc giaù trò ñieän aùp ñaàu vaøo.

Sô ñoà maïch töông töï nhö boä bieán ñoåi AD theo haøm doác nhöng khoâng duøng counter cung caáp giaù trò cho boä bieán ñoåi DA maø duøng moät thanh ghi. Ñôn vò ñieàu khieån söûa ñoåi töøng bit cuûa thanh ghi naøy cho ñeán khi coù giaù trò analog xaáp xæ aùp vaøo theo moät ñoä phaân giaûi

+

-

vA

ñaàu vaøo analog

Ñôn vò ñieàu khieån

Thanh ghiMSB ……… LSB

Boäâ bieán ñoåi DA

. . .

vAX

So saùnh

OPAMP

EOC

Clock

. . .

Start

START

Xoùa taát caû caùc bit

Baét ñaàu ôû MSB

Set bit = 1

VAX > VA ? Clear bit = 0

Xong heát bit ?

Quaù trình bieán ñoåi keát thuùc

vaø giaù trò bieán ñoåi naèm trong

thanh ghi

END

Ñuùng

Sai

Ñeán bit

thaáp keá

Sai

Ñuùng

Boä bieán ñoåi A/D xaáp xæ lieân tieáp

Boä bieán ñoåi Flash AD

Boä bieán ñoåi loaïi naøy coù toác ñoä nhanh nhaát vaø cuõng caàn nhieàu linh kieän caáu thaønh nhaát.

Coù theå laøm moät pheùp so saùnh: flash AD 6-bit caàn 63 OPAMP, 8-bit caàn 255 OPAMP, vaø 10-bit caàn 1023 OPAMP. Vì leõ ñoù maø boä bieán ñoåi AD loaïi naøy bò giôùi haïn bôûi soá bit, thöôøng laø 2 ñeán 8-bit.Ví duï moät flash AD 3-bit : Maïch naøy coù ñoä phaân giaûi laø 1V, caàu chia ñieän aùp thieát laäp neân caùc ñieän aùp so saùnh (7 möùc töông öùng 1V, 2V, …) vôùi ñieän aùp caàn bieán ñoåi. Ñaàu ra cuûa caùc OPAMP ñöôïc noái ñeán moät priority encoder vaø ñaàu ra cuûa noù chính laø giaù trò digital xaáp xæ cuûa ñieän aùp ñaàu vaøo.

Caùc boä bieán ñoåi coù nhieàu bit hôn deã daøng suy ra theo maïch naøy.

MSBC

B

A

Aùp analog ñaàu vaøo

Boä bieán ñoåi AD theo haøm doác daïng leân xuoáng (tracking ADC)

Boä bieán ñoåi loaïi naøy ñöôïc caûi tieán töø boä bieán ñoåi AD theo haøm doác. Ta thaáy raèng toác ñoä cuûa boä bieán ñoåi AD theo haøm doác khaù chaäm bôûi vì counter ñöôïc reset veà 0 moãi khi baét ñaàu quaù trình bieán ñoåi. Giaù trò VAX laø 0 luùc baét ñaàu vaø taêng daàn cho ñeán khi vöôït qua VA. Roõ raøng laø thôøi gian naøy laø hoaøn toaøn laõng phí bôûi vì ñieän aùp analog thay ñoåi moät caùch lieân tuïc, giaù trò sau naèm trong laân caän giaù trò tröôùc.

Boä bieán ñoåi AD theo haøm doác daïng leân xuoáng duøng moät counter ñeám leân/xuoáng thay cho counter chæ ñeám leân ôû boä bieán ñoåi AD theo haøm doác vaø khoâng reset veà 0 khi baét ñaàu. Thay vì vaäy, noù giöõ nguyeân giaù trò cuûa laàn bieán ñoåi tröôùc vaø taêng giaûm tuøy thuoäc vaøo giaù trò ñieän aùp môùi so vôùi giaù trò ñieän aùp cuõ.