AD I DA KONVERTORI
Petrović Stefan, Visoka tehnološka škola strukovnih studija, Šabac
Boško Rodić
Sadržaj
-
Sastoji se od uvoda koji prati Integrirajući A/D
konvektor njegov opis i korake gde se odvija, zatim imamo
prateće A/D konvertore, fles konvertore….
Ključne reči
-
Opisuje Analogno-digitalnu konverziju
1.Uvod
Analogno-digitalna konverzija predstavlja generisanje
digitalnog kodovanog broja koji odgovara analognom
ulaznom signalu. Elektronsko kolo koje vrši kon-verziju
naziva se analogno-digitalni konvertor, ili skraćeno A/D
konvertor (ADC).
Kod savremenih tehnika merenja, dominantnu grupu
instrumenata i merne opreme, čine digitalni merni
instrumenti. Oni često ne samo da poseduju napred-nije
performanse u odnosu na odgovarajuće analogne
instrumente (brzina, propusni opseg, pouzdanost, otpornost
na smetnje, minijaturizacija, itd.), već imaju i znatno nižu
cenu, a omogućavaju i veoma jednostavnu automatizaciju
procesa merenja. Nažalost, veličine koje je potrebno dovesti
na ulaze u merni sistem, samo su u veoma malom broju
slučajeva, po svojoj prirodi digitalne. Pa čak i tada, često je
potrebno analizirati parametre ovih digitalnih veličina na
najnižem, fizičkom nivou, naročito u postupcima overe i
atestiranja sistema ili dijagnostike, kod neregularnog rada
usled otkaza ili ispada. Sa stanovišta merenja, jedini način da
se ovakvi signali ispravno okarakterišu i u tim situacijama,
jeste da se tretiraju kao analogne veličine i opišu
odgovarajućim analognim parametrima.
Elementaran analogno-digitalni konvertor je naponski
komparator. Ulazni analogni signal -Vul, komparator
konvertuje u jednobitnu digitalnu informaciju D=d0, tako da
d0=0 označava da je Vul<V1, a d0=1 da je Vul>V1, gde je
V1 unapred određen naponski prag. Ako je potrebno da se
veličina analognog napona odredi sa većom preciznošću i
predstavi u digitalnom obliku, potrebno je porediti ulazni
napon sa više naponskih pragova. Šema ovakvog jednog
konvertora prikazana je na Slici 1.1.
Sl.1.1.
Principijelna šema A/D konvertora
Na Slici 1.1. je prikazana principijelna šema A/D konvertora
koja sadrži m komparatora i koder sa m ulaza i n izlaza. Ako
se naponi Vi rasporede ekvidistantno unutar naponskog
opsega od 0 do Vps, na osnovu izlaza kom-paratora ki može
da se odredi u kom se naponskom opsegu nalazi ulazni
signal Vul. Digitalnu informaciju sa komparatora koder
koduje u digitalni broj izabranog binarnog brojnog sistema.
Na Slici 1.2. prikazana je idealna karakteristika prenosa A/D
konvertora u slučaju da postoji 8 nivoa komparacije ulaznog
napona.
Sl.1.2.
Karakteristika prenosa idealnog A/D konvertora
Ako se ulazni napon linearno menja od 0 do napona pune
skale Vps , izlazna digitalna informacija može da ima m + 1
= 9 diskretnih stanja: 0 za Vul<V1 , 1 za V1<Vul<V2, 2 za
V2<Vul<V3 , ... 7 za V7<Vul<V8 i ''PREKORAČENJE''
ako je ulazni napon Vul>V8.
Karakteristika prenosa na Slici 1.2. pretpostavlja
ekvidistantno raspoređene napone Vi , idealne komparatore
bez histerezisa i nulto vreme propagacije signala kroz
komparatore i koder. Realna karakteristika prenosa će
odstupati od idealne i mogu se definisati statičke i
dinamičke greške koje unosi realan A/D konvertor.
2.Integrirajući A/D konvektor
Integrirajući A/D konvertori nazivaju se još i konvertori
sa vremenskim ekvivalentom, jer se A/D konverzija odvija
kroz proces kvantizacije vremenskog intervala koji
predstavlja ekvivalent naponu na ulazu u konvertor.
Kod startnog i pratećeg konvertora etaloni su iste prirode kao
i merena veličina, tako da je njen digitalni ekvivalent
iznalažen direktnim brojanjem kvantizacionih nivoa. Umesto
stepenastog referentnog napona sa kojim se poredi analogni
odmerak signala, može se upotrebiti i kontinualni monotono
opadajući ili rastući napon. Pošto je i taj napon analogni,
ne možemo pomoću njega ostvariti direktnu kvantizaciju
ulaznog signala, ali ako poznajemo vremensku zavisnost
monotono promenljivog napona kvantizacije može se izvesti
pomoću pogodno odabranog etalona vremena.
Kod ovog tipa A/D konvertora, konverzija se odvija u dva
koraka:
Transformacija ulaznog napona u vremenski interval
Kvantizacija dobijenog vremenskog intervala.
Vremenski interval se dobija sa inegratora koji je prikazan
na Slici 1.3.
Sl.1.3.
Integrator
Napon na kondenzatoru je jednak:
Integrirajući A/D konvertori mogu se koristiti za konverziju
podataka sa visokom tačnošću i malom brzinom. Ovi A/D
konvertori su spori jer su signali sporopromenljivi.
Greška ofseta kod ovih konvertora je mala i mogu imati
visoku linearnost.
Što se tiče upotrebe ovih konvertora , oni imaju široku
upotrebu u mernim instrumentima za merenje napona i
struje. Osetljivi su na promene temperature.
Imamo dva tipa integrirajućih A/D konvertora:
Konvertor sa jednostrukim nagibom
Konvertor sa dvostrukim nagibom
3.Konvertori sa jednostrukim nagibom
Konvertor sa jednostrukim nagibom transformiše ulazni
signal u vreme. Da bi se ostvarila linearna zavisnost između
veličine ulaznog napona i trajanja vremenskog intervala,
referentni napon VR treba da se menja linearno sa
vremenom. Da bi se to postiglo ulazni napon se generiše
pomoću integratora. Na Slici 1.4. prikazana je šema A/D
konvertora sa jednostrukim nagibom sa strujnim izvorom.
Integrator čine kondenzator C i tranzistor TR1.
Tranzistor TR1 upo-trebljen je kao prekidač preko koga se
vrši resetovanje, odnosno pražnjenje kondenzatora C. Pre
svakog ciklusa konverzije potrebno je resetovati kondenzator
kao i brojač, što se postiže resetovanjem D flipflopa i pri
tome izlaz Q kontrolnog kola obezbeđuje nizak napon na
bazi tranzistora TR1, pa tranzistor odlazi u zasićenje i na taj
način prazni kondenzator C.
Sl.1.4.
Šema A/D konvertora sa jednostrukim nagibom sa
strujnim izvorom
Sl.1.5
. Vremenski dijagram signala A/D konvertora sa
jednostrukim nagibom
Ciklus konverzije započinje setovanjem kontrolnog flipflopa.
Visoki napon na izlazu Q blokira tranzistor TR2, pa
kondenzator C počinje da se puni konstantnom strujom
tranzistora TR1. Zahvaljujući tome napon na kondenzatoru
VR raste linearno sa vremenom. Ovaj napon
se dovodi na komparator radi poređenja sa analognim
podatkom VA. Sve dok je VA > VR na komparatorskom
izlazu k postoji visok nivo napona. Brojanje taktnih impulsa
traje sve dotle, dok napon VR ne dostigne vrednost VA.
2
