- 54-10. ANALOGOVĚ ČÍSLICOVÉ PŘEVODNÍKY (V.LYSENKO) Základní princip analogově - číslicového převodu Analogové (spojié) y se v nich ransformují (převádí) do číslicové formy. Vsupní spojiý (analogový) doby vzorkování impulzní Výsupní číslicový (digializovaný) Z varu výsupního. u je zřejmé, že neodpovídá přesně vsupnímu u. ozdílný var je dán počem úrovní - biů( éž rozlišením). ozlišení je nepřímo úměrné době vzorkování, j. čím kraší je doba vzorkování, ím věší je poče rozlišovacích úrovní a ím přesnější je zobrazení výsupního u po digializaci. Druhy A Č převodníků 1. zpěnovazební s konsanními přírůsky, éž zv. kompenzační, příp. servomechanický 2. zpěnovazební s proměnnými přírůsky, zv. aproximační 3. inegrační jednoduchá, dvojiá, vícenásobná inegrace 4. inegrační s vyrovnáním náboje 5. inegrační s modulací σ-δ (zv. sigma dela modulace) 6. komparační
Druhy Č A převodu 1. s váhovými rezisory 2. se síí 2 rezisorů Zpěnovazební A Č převodník s konsanními přírůsky - 55 - U x vsupní napěí Popis činnosi Blokové schéma 0 vzorkování Časový průběh napěí Ux Vychází se z počáečního vynulovaného savu číače, čemuž odpovídá N x = 0, U φ V. Pro vsupní napěí U x > 0 V je výsup komparáoru K ve savu H. Číač je savu (UP), kdy přičíá impulsy o hodinovém kmioču f 0. Výsup číače N x se zvěšuje po konsanních přírůscích, čemuž odpovídá éž lineární nárůs výsupního napěí Č A převodníku U φ Za podmínky U = U x přejde komparáor do savu L a přepne číač do savu DOWN (odečíání). Číslicový údaj číače N x je převeden převodníkem Č-A na napěí U φ keré je přiom ale o nejmenší krok věší než vsupní napěí U x. Číač ve savu DOWN počne odečía a opěovně se přepne výsup komparáoru do savu H. Je-li vsupní napěí U x konsanní, výsup komparáoru kmiá a číslicový údaj N x udává s nepřesnosí nejmenšího kroku (biu) hodnou vsupního napěí U x. Je zřejmé, že čím je měřeno vyšší vsupní napěí, ím déle rvá jeho měření (převod A-Č), což je hlavní nevýhodou ohoo způsobu převodu. Výhodou je jeho jednoduchos a přesnos. Snahou bylo způsob převodu analog číslo zrychli. Zpěnovazební A Č převodník s proměnnými přírůsky s posupnou aproximací, zv. aproximační čas Blokové schéma Časový průběh savů aproximačního regisru a napěí U x U aproximačního A-Č převodníku je číač zaměněn aproximačním regisrem. Je-li ve savu UP (přičíání), jeho číslicový výsup se nemění plynule, nýbrž první krok je roven ½ rozsahu, druhý je opě ½ z prvého kroku, ad. To má za následek, že jeho výsup dospěje podsaně
- 56 - dříve k hodnoě vsupního napěí U x, než u předchozího ypu. Doba A-Č převodu je edy podsaně kraší, což je jeho nejvěší výhodou, proo se používá dodnes. Nevýhodou obou ypů je malá odolnos proi rušení, proo musí bý opařeny filračními obvody na vsupu. Inegrační A Č převodník s jednosklonnou inegrací éž zv. U-f převodníky a) s vybíjením inegračního kondenzáoru Teno yp paří do skupiny převodníků ypu inegráor komparáor. Průběh napěí na výsupu inegráoru U I je pilového varu. Vsupním proudem I1 = Ux se nabíjí kondenzáor C 1 ak dlouho, až výsupní napěí inegráoru U I je rovno napěí referenčnímu U, což způsobí spušění monosabilního klopného obvodu (MKO) a následné sepnuí spínače a vybií inegračního kondenzáor C 1. Poé se děj nabíjení opakuje. Vyhodnocuje se kmioče impulsů MKO, keré se načíají číačem Č. b) s vyrovnáním náboje (ekv. VFC 32), max f 0 = 100 khz Při sepnuí spínače dochází k vybíjení proiproudem I. Průběh napěí na výsupu inegráoru U I je rojúhelníkového varu. Princip činnosi: Vychází se ze shodnosi náboje dodaného vsupním proudem I 1 a náboje odčerpaného referenčním proudem I. Plaí edy Q1 = Q. Náboj je dodáván vsupním proudem po dobu celé periody T, kdežo náboj je odebírán referenčním proudem pouze po dobu sepnuí spínače T i. Po inegraci T I1 i I 0 0 i. Plaí edy I d I d 1 = =. Proože pro kmioče plaí, že
- 57-1 1 U x f =, je po dosazení kmioče f0 = T i I vsupnímu napěí U x, což je žádoucí. c) s vyrovnáním náboje (ekv. AD 650). Výsupní kmioče f 0 je přímo úměrný Ze záporné hodnoy referenčního napěí U vyplývá, že se výsupní napěí inegráoru bude měni až do hodnoy ( U ). d) s vyrovnáním náboje ( ekv. VFC 100), max f 0 = 1 MHz CLK je hodinový kmioče, jímž se řídí výsup hradla H. Výsup hradla spíná zdroj I, v okamžiku, kdy U I > U. U f převodníky jsou vlasně převodníky A Č ale s mezipřevodem na kmioče. Inegrační A Č s dvojí inegrací (dvojsklonnou) Princip činnosi:
- 58 - Vychází se z podmínky o shodnosi nábojů dodaného v době T 1 a odčerpaného v době T 2. Plaí edy T1 T1+ T2 1 1 Ux d U d C = C. U x U Po inegraci dosaneme T1 T2 = 0. C C 0 Pro obvod plaí T1 = kons. U = kons. Z uvedené podmínky pak vyplývá T2 = k Ux a edy = C Ux, kde k je konsana úměrnosi a C je konsana převodníku. Blokové schéma A-Č Nx převodníku s dvojí inegraci. Vyrábí se jako IO v mnoha varianách. T1 Pro zobrazení 3 ½ digi konsana převodníku je C= 2000 Pro zobrazení 4 ½ digi konsana převodníku je C= 20 000 Vyráběné ypy IO převodníků: ICL 7106, 7107, 7109-3 ½ digi ICL 7135-4 ½ digi Komparační A-Č je nejrychlejším ypem A-Č převodníku Doba převodu je rovna pouze zpoždění komparáoru. Nevýhodou je velký poče komparáorů, kerý je roven n = 2 N 1, kde N je poče biů požadovaného rozlišení. Z důvodu velké rychlosi se používá pro vf aplikace, jako např. digiální TV, rozhlas, digiální osciloskopy aj. A Č převodník s modulací dela Vyznačuje se velkým rozlišením (> 20 biů) a relaivně velkou rychlosí (doba převodu řádově msec.).
- 59 - Činnos: Měřené napěí U x se porovnává s výsupním napěím C filru. Pro Ux > U c, U > 0 je Q = H, číač načíá nahoru. Pro Ux < U c, U < 0 je Q = L, číač načíá dolů. Výsupní číselný údaj N x je určen počem period T, po keré je za dobu periody T referenční napěí U > 0. Tyo převodníky mají velké rozlišení podobně jako převodníky inegrační, ale jsou podsaně rychlejší než inegrační převodníky, a proo jsou v současné době velmi rozšířené. Vyrábí se v monoliickém provedení různými výrobci IO. Č A převodníky a) s váhovými rezisory 4 biový binární Č-A převodník Výsupní napěí U 2 je dáno kombinací sepnuých spínačů, j. vsupním číslicovým údajem. F Výsupní napěí je U2 = U0 D, kde U 0 je referenční napěí, D je číselný údaj převodníku. Výhody: jednoduchý Nevýhody: pro vícebiové převodníky je pořeba velké rozpěí hodno rezisorů, např. pro 12-i biový Č-A je o 1: 4096. b) s rezisorovou síí -2 2 2 2 2 2 2 + U 2 LSB MSB A B C D U r N x
- 60 - Využívá se dvojkového dělení proudu. Výhody: hodnoy rezisorů jsou pouze -2. (shodný TK), malé hodnoy odporů Nevýhody: 2x věší poče rezisorů