ΕΝΟΤΗΤΑ 8η Μετατροπείς Αναλογικού Σήματος σε Ψηφιακό (ADC) Ο Flash A/D A/D με μετρητή και δικτύωμα κλίμακας Ο Α/D διαδοχικής προσέγγισης Ολοκληρωμένοι ADC Σφάλματα A/D μετατροπέων

Εισαγωγή Η μετατροπή αναλογικού σήματος σε ψηφιακό (A/D conversion) είναι η πλέον σημαντική διεργασία σε ένα ψηφιακό σύστημα που διασυνδέεται με τον πραγματικό κόσμο. Tα διάφορα φυσικά μεγέθη (πίεση, θερμοκρασία, τάση, απόσταση κλπ.) μεταβάλλονται με αναλογικό τρόπο. Κατά συνέπεια, η μετατροπή τους σε τάση μέσω κάποιου αισθητηρίου δημιουργεί ένα αναλογικό σήμα τάσης, το οποίο για να εισαχθεί σε κάποιο ψηφιακό σύστημα επεξεργασίας πρέπει να κωδικοποιηθεί κατάλληλα. Το κύκλωμα που χρησιμοποιούμε γι’ αυτήν την κωδικοποίηση το αποκαλούμε μετατροπέα Α/D (A to D converter).

Flash ADC – Αρχή λειτουργίας

Γενικό διάγραμμα Flash ADC

Κλιμακωτή τάση αναφοράς Μετατροπέας A/D με μετρητή και δικτύωμα κλίμακας

Μετατροπέας A/D με μετρητή και δικτύωμα κλίμακας Κάθε σκαλοπάτι της τάσης αναφοράς εφαρμόζεται στη μία είσοδο του συγκριτή, ενώ η αναλογική τάση που πρέπει να ψηφιοποιηθεί εφαρμόζεται στην άλλη είσοδο του συγκριτή. Όσο η τάση αναφοράς που παράγεται από το δικτύωμα κλίμακας είναι μικρότερη από την αναλογική τάση εισόδου, το κύκλωμα ελέγχου επιτρέπει την εφαρμογή του ωρολογιακού παλμού ρολογιού (CLOCK) στον μετρητή, με αποτέλεσμα αυτός να συνεχίζει να αυξάνει το δυαδικό περιεχόμενο της εξόδου του. Μόλις όμως η τάση αναφοράς γίνει μεγαλύτερη ή ίση με την τάση εισόδου, τότε η έξοδος του συγκριτή αλλάζει κατάσταση και το κύκλωμα ελέγχου διακόπτει την εφαρμογή των παλμών του ωρολογιακού σήματος στον μετρητή. Σαν αποτέλεσμα, οι γραμμές εξόδου του μετρητή περιέχουν τώρα τη δυαδική κωδικοποίηση της αναλογικής τάσης εισόδου και μπορούν να μεταφερθούν στην ψηφιακή έξοδο.

Τεχνική της διαδοχικής προσέγγισης Στην τεχνική της διαδοχικής προσέγγισης το διάστημα δυαδικών τιμών όπου αντιστοι-χίζουμε την αναλογική είσοδο διαιρείται δια δύο και στη συνέχεια η ανα-λογική είσοδος αντιστοι-χίζεται στο κάτω ή στο πάνω διάστημα. Ακολουθεί νέα διαίρεση διά δύο.

Τεχνική της διαδοχικής προσέγγισης DAC Συγκριτής Αναλογική είσοδος TRI-STATE BUFFER LSB MSB Ψηφιακή έξοδος SAR CLOCK - ΕΛΕΓΧΟΣ Σήματα χρονισμού & ελέγχου Διάγραμμα βαθμίδων ενός τυπικού μετατροπέα A/D διαδοχικών προσεγγίσεων

Ποτενσιομετρική μετατροπή με ADC Με την ποτενσιομετρική μετατροπή το δυναμικό που διεγείρει τον αισθητήρα χρησιμοποιείται και ως δυναμικό αναφοράς. Με τον τρόπο αυτό απαλείφονται σφάλματα που οφείλονται στην ολίσθηση της τάσης αναφοράς (π.χ. λόγω μεταβολών στη θερμο-κρασία).

Το Ολοκληρωμένο Κύκλωμα ΑDC0804

Τυπική εφαρμογή με τον ADC0804

Εφαρμογές με τον ADC0804 Μετατροπή θετικών και αρνητικών τάσεων με τον μετατροπέα ADC0804

O MAX120 στην απλούστερη δυνατή λειτουργία συνεχούς μετατροπής

Ο MAX120 με μνήμη FIFO

Οι Σειριακοί Μετατροπείς A/D ΑDC0831 και ΑDC0832 ADC0831 και ADC0832

Διάγραμμα χρονισμού για τον ADC0831 Ο ψηφιακός κώδικας που αντιστοιχεί στην αναλογική είσοδο (Vin) μεταδίδεται bit προς bit μέσω ενός σειριακού ακροδέκτη εξόδου (D0), σε συγχρονισμό με μια είσοδο ρολογιού που δέχεται ο μετατροπέας (CLK).

Διάγραμμα χρονισμού για τον ADC0832 Ο ψηφιακός κώδικας που αντιστοιχεί στην αναλογική είσοδο (Ch0 ή Ch1) μεταδίδεται bit προς bit μέσω ανός σειριακού ακροδέκτη εξόδου (D0), σε συγχρονισμό με μια είσοδο ρολογιού που δέχεται ο μετατροπέας (CLK). Η είσοδος DI επιλέγει κανάλι εισόδου.

Σφάλματα A/D μετατροπέων Παραδείγματα διαφορικής μη-γραμμικότητας σε ADC: DNL χωρίς χαμένους κώδικες (α και β) και DNL όπου λείπει ο κώδικας 10.

Σφάλματα A/D μετατροπέων Σφάλμα ενίσχυσης και πλήρους κλίμακας (gain error and Full scale error)