Iványi László
[email protected]
ARM programozás 6. Óra ADC és DAC elmélete és használata
Szabó Béla
[email protected]
Mi az ADC? ADC -> Analog Digital Converter Analóg jelek mintavételezéssel történő digitális jellé (diszkrét értékűvé és idejűvé) alakítása a feladata. Ennek mi az értelme? Digitális jeleket könnyebb eltárolni és számolni velük. Mintavételezési módok: • • •
Flash Szigma-Delta SAR
Mintavételezés A Shannon tétel szerint minden folytonos idejű jel tökéletesen helyreállítható a mintavételezett értékeiből, ha a mintavételi frekvencia legalább a kétszerese, az eredeti jel frekvenciájának.
Mintavételezés Amennyiben az előzőleg megemlített feltétel nem teljesül, tehát a jel frekvenciája nagyobb, mint a mintavételező jel frekvenciája, akkor az eredeti jel átlapolódik valamelyik eltoltjával. Ennek kiküszöbölése miatt a mintavételezés előtt meg kell szűrni (aluláteresztő szűrővel) a jelet. A szűrő a mintavételi frekvenciának a feléig engedi át a jelösszetevőket, így a felharmónikusok elkerülhetőek. A mintavétel előtt fontos, hogy egy állandó értéket biztosítsunk a mintavétel alatt, így egy tartószervvel kell ellátni az áramkört.
Digitalizálás A folyamat még nincs készen, az előbbiekkel csak “előkészítettük” a jelet a digitalizálásra. A konverzió következő lépése a kvantálás. A kvantálás során az analóg jel értékkészletét diszkrét értékekké alakítjuk. Ezt követi az utolsó lépés, a digitális kódolás, ahol a megfelelő formátumú digitális jelet állítunk elő.
Az AD átalakítás folyamata
Flash ADC átalakítók
Flash ADC átalakítók
(Kitekintés: prioritás kódoló) Több bemenete is lehet igaz, de a legnagyobb bináris értékű bemenethez generálja le a kódot. Erre két mód is van.
1. 2.
mód: Az első bemenettől kezdjük a számolást. A legnagyobb bináris értékű vonal értéke lesz a kimeneten. mód: A nulladik bemenettől kezdjük a számolást. Ha nincs igaz állapot, a V ( vezérlő) kimenet értéke hamis.
Flash ADC átalakítók Előnye: • •
Az átalakítás egy lépésben megtörténik. Gyors, akár GSPS ( giga sample per second ) sebesség
Hátránya: • • •
Az összes digitális értékhez szükséges ellenállást és komparátort kötni (N bites felbontás esetén 2N db ellenállás és 2N -1 db komparátor szükséges) Nagy helyet foglal Nagy az energia igénye
Az AD módok összehasonlítása
Szigma-Delta ADC átalakítók
Szigma-Delta ADC átalakítók -
Szigma a lépésenkénti integrálásra utal, a Delta pedig a lépésenkénti különbség képzésre.
-
Alapfeltétel a túlmintavételezés OSR -> Oversampling Ratio = fs /2*f0
-
Túlmintavételezés miatt nő a jel zaj arány
-
Viszont így növelhetjük a felbontást
SAR ADC átalakítók
SAR ADC átalakítók -
SAR -> Successive approximation
-
Fokozatosan közelítő átalakító
-
A felbontástól függően az adott tartomány felezésével keresi az értéket.
-
Egyszerű felépítés
-
Mikrokontrolleres környezetben leggyakrabban ezt a megoldást használják
-
Nagyon jó sebesség/teljesítmény arány Annyi lépés, ahány bites az ADC
-
DAC átalakítók
Mi az DAC? DAC -> Digital Analog Converter Digitálisan eltárolt bitsorozatot képes újra analóg jellé alakítani. Főbb típusai: -
Párhuzamos eljárás Súlyozásos eljárás Számláncos típusú (PWM jel és a kimeneten aluláteresztő-szűrő)
Párhuzamos eljárású DAC Főbb jellemzői: -
Gyors, egyszerű A többi megvalósításhoz képest sok kapcsoló elem szükséges Pontosságát az R ellenállások és a Uref feszültség pontosséga határozza meg
Súlyozásos eljárású DAC A kapcsolók segítségével a referencia feszültség leosztott értékeinek összege eredményezi a kimeneti jelet. Az ellenállások értéke súlyozva van, emiatt közvetlenül vezérelhetőek a kapcsolók a bináris adattal.
Számláncos eljárású DAC A beérkező digitális jelsorozat vezérli a kapcsolót, ami az állapotától függően vagy tölti, vagy kisüti a kondenzátort. A kapcsolás az elrendezése miatt egy aluláteresztő szűrőként fog viselkedni. A kondenzátor miatt a kimeneti feszültség csak lassan fog változni (mert töltődik a kondenzátor). A kimeneten lévő terhelésnek nagyobbnak kell lennie, mint az R ellenállásnak.
Forrás: Takács Gábor - A/D és D/A átalakítók: http://www.eet.bme.hu/~nagyg/elektronika/ad-da.pdf Juhász-Nagy Zoltán: https://sites.google.com/site/hk1fryjuhzo/a-d-konverter
