Měřeí a D/A a A/D převodících. Zadáí A. Na D/A převodíku ealizovaém pomocí MDAC 8: a) Změřte závislost výstupího apětí převodíku v ozsahu až V a zvoleé vstupí kombiaci sousedích kódových slov. Měřeí poveďte alespoň v 6 bodech celého ozsahu, ovoměě po tři souvislé oblasti miima, středu a maxima. b) Z aměřeých hodot učete chybu uly ε, chybu měřítka ε m a itegálí elieaitu I NL v % jmeovitého ozsahu převodíku. c) Změřte dobu ustáleí výstupího apětí převodíku v uipoláím ežimu při buzeí vstupu a (MSB) obdélíkovým sigálem TTL o kmitočtu khz při ostatích vstupech a až a 8 a úovi L. Přepíač a je v poloze H. Vstupy bitů jsou iteě připojey přes ezistoy k k apětí + 5 V. B. Na A/D převodíku (apř. WSH 57): a) Změřte ozhodovací úově vstupého apětí i při ichž dochází ke změám výstupích sousedích kódových slov a ozsahu až V. Měřeí poveďte alespoň v 6 bodech celého ozsahu, ovoměě po tři souvislé oblasti miima, středu a maxima. b) Z aměřeých hodot učete chybu uly ε, chybu měřítka ε m a itegálí elieaitu I NL v jedotkách ideálí kvatizačí úově (kvata) -., poováím s teoetickou hodotou ozhodovací úově. c) Pomocí osciloskopu ověřte čiost A/D převodíku s postupou apoximací. Časové půběhy překeslete v odpovídajícím měřítku. d) Pomocí osciloskopu zobazte půběh apětí a výstupu itegátou itegačího A/D převodíku a změřte závislost doby ulováí, pvího a duhého itegačího taktu a doby převodu a velikosti vstupího apětí po tři ůzé hodoty tohoto apětí. Zdůvoděte půběhy aměřeých závislostí.
. Popis měřeého předmětu Zde se vypíší důležité katalogové údaje převodíku MDAC 8 3. Teoetický ozbo a) vlastostí měřeého předmětu Digitálě-aalogové převodíky Digitálě-aalogové převodíky (D/A převodíky) jsou učey k převodu číslicového sigálu a apětí ebo poud. Podle toho ozdělujeme D/A převodíky a převodíky s poudovým a apěťovým výstupem. D/A převodíky převádějí číslicový sigál D a poud ebo apětí podle vztahů: I a = D.I a = D. kde I, jsou efeečí poud a apětí učující ozsah výstupí veličiy. Hodota číslicového sigálu D se vyjadřuje ve dvojkovém ebo dvojkově desítkovém (BCD) kódu. Ve dvojkovém kódu: je počet bitů dvojkového čísla D B = ai. i= Bit a s ejvyšší vahou / se ozačuje MSB, bit a s ejižší vahou - se ozačuje LSB. Při takto zavedeé defiici je maximálí hodota číslicového sigálu D max = - - a poto maximálí hodota výstupí veličiy je vždy o LSB meší, ež je ozsah převodíku. Veličia -. esp -.I se azývá kvatum efeečího apětí ebo poudu a učuje ozlišitelost převodíku. Ve dvojkově desítkovém kódu: i D BCD m j ij i= j= m i =. a.. m je počet dekád a ij jsou bity dekády s ejižší vahou - MSD a mj jsou bity dekády s ejižší vahou -m LSD Je-li efeečí apětí kostatí jedá se o klasické převodíky DAC. Při poměém efeečím apětí se jedá o ásobící převodíky MDAC, kteé ealizují ásobeí časově poměého efeečího spojitého a vstupího číslicového sigálu. Statické vlastosti D/A převodíků jsou učey převodí chaakteistikou, kteá je obvykle lieáí (ob. ).
a 7 ideálí ch. Δ m 3 / skutečá ch. 5 / Δ 3 / Δ D Ob. Z převodí chaakteistiky lze učit: Chybu uly (posuu) ε Chybu měřítka (zesíleí) ε m ε = Δ = Δm Δ Itegálí elieaitu I NL jako maximálí odchylku výstupího apětí skutečého převodíku od ideálí hodoty v celém ozsahu převodíku I NL = maxδ Všechy tyto chyby se vyjadřují buď v % jmeovitého ozsahu převodíku, ebo v jedotkách ideálí kvatizačí úově (kvata) q = -.. Dyamické vlastosti D/A převodíků jsou chaakteizováy dobou ustáleí T u (ob. ), potřebou k ustáleí výstupího sigálu a jmeovitou hodotu se zadaou chybou Δ (obvykle ±.5 LSB). ásobících D/A převodíků se avíc učuje kmitočtový ozsah efeečího apětí kmitočtem f m, při kteém poklese výstupí apětí převodíku o 3 db opoti ss apětí při maximálí hodotě číslicového sigálu.
D D max t u a +/- Δ t T u Ob. D/A převodík MDAC 8 D/A převodík MDAC 8 je velmi ychlý ásobící D/A převodík s ozlišeím 8 bitů, pacující a picipu spíaých poudových zdojů. MSB LSB + CC LC B B B 3 B B 5 B 6 B 7 B 8 3 5 6 7 8 9 zdoj předpětí číslicové vstupí spíače I _ I S S S 3 S S 5 S 6 S 7 S 8 + T T T T 3 T T 5 T 6 T 7 T 8 REF - REF 5 R R R R R R R R R R R R R R R 6 COMP 3 - CC Ob. 3
Vstup převodíku je poudový, poudový výstup je řeše jako komplemetáí. IO v sobě slučuje poudové spíače, váhové odpoy a řídící zesilovač. Aalogová efeece, přesé vější odpoy, koekčí kodezáto a výstupí zesilovač se připojují vě převodíku. Převodík MDAC 8 geeuje váhové poudy do komplemetáích poudových sběic I a I postředictvím spíaých poudových zdojů s tazistoy T až T 8 a odpoovou sítí R-R viz ob. 3. Při úovi H a číslicových vstupech B až B 8 připojí spíače S až S 8 příslušé váhové poudy a výstup I a při úovi L a výstup I. Nezávislost váhových poudů a teplotích změách zajišťuje efeečí zdoj poudu s tazistoem T a zesilovačem Z, ke kteému se připojuje efeečí poud o jmeovité hodotě ma. Kodezáto s kapacitou F připojeý mezi vývody 3 a 6 slouží ke kmitočtové kompezaci zesilovače Z. Číslicové vstupy B až B 8 řídí spíače S až S 8 postředictvím převodíku úoví, přičemž svokou LC (LR) lze volit slučitelost převodíku s obvody TTL, DTL, CMOS atd. Vstupí efeečí poud I REF je odvoze pomocí vějšího přesého odpou R REF ze zdoje efeečího apětí REF. Souběh efeečího poudu a plého výstupího poudu I FS je zachová v ozpětí dvou dekád poměé uipoláí efeece a umožňuje použít IO též jako ásobící převodík. Výstupí poudy I, I z vysokoimpedačích výstupů se mohou využívat přímo ebo pomocí vějších odpoů, popřípadě pomocí OZ, se mohou převést a apětí. Převodík pacuje se vstupím přímým biáím kódem při využití přímého poudového výstupu I ebo se vstupím komplemetáím biáím kódem, využijeli se doplňkový poudový výstup I. Rozhodovací úoveň číslicových vstupů lze z vějšku astavit a potřebou hodotu. Poto lze k řízeí převodíku MDAC 8 použít všechy běžě používaé řady log. obvodů. - 5 V + 5 V COMP IN + 5 V BIP OFF M M I p MAC k 6 3 3 MDAC 8 5 5 6 7 8 9 I S OZ OT (MSB) a...... a 8 (LSB) + 5 V - 5 V Ob. Zapojeí přípavku D/A převodíku využitého při měřeí je a ob.. Obsahuje komě vlastího D/A převodíku MDAC 8 zdoj efeečího apětí MAC se jmeovitým efeečím apětím + V a iveto se zesilovačem MAC 55, pacujícím ve fukci převodíku poudu a apětí po ealizaci apěťového výstupu převodíku. Fukce přípavku je ásledující: Napětí + V z MAC je pomocí odpou Ω převedeo a poud I = ma, kteý je přivede do kladého efeečího vstupu
MDAC 8, kde je vyásobe astaveou hodotou číslicového sigálu, zadaou pomocí osmi dvoupolohových přepíačů. Poté se poud max -.( - -8 ) ma objeví a výstupu I a v ivetujícím převodíku poud-apětí s MAC 55 se převede a odpovídající apětí. Zpětovazebí ezisto zesilovače Ω učuje ozsah výstupího apětí až V (uipoláí ežim). Jsou-li svoky BIP OFF a COMP IN popojey, pak do sčítacího bodu S je přivede poud I p = I / tj. ma (I p = V/ kω) opačého směu ež I, kteý způsobí tvalý posu výstupí apěťové úově převodíku o - 5 V, takže ozsah převodíku bude ± 5 V (bipoláí ežim) a hodota výstupího apětí je učea dvojkovým kódem s posuutím (MSB učuje polaitu výstupího apětí). Aalogově-digitálí převodíky Aalogově číslicové převodíky (A/D převodíky) jsou učey k převodu apětí ebo poudu a číslicový sigál D, jehož hodota se obvykle vyjadřuje váhovým dvojkový kódem D = ± a přičemž čle ± - vyjadřuje kvatovací chybu převodíku způsobeou jeho ozlišitelostí a azývá se kvat ebo digit (q). V předchozím vztahu: kde i D = a i i= je počet bitů dvojkového sigálu je ozsah A/D převodíku a je bit s ejvyšší vahou - (MSB) a je bit s ejižší vahou - (LSB) Při převodu časově poměého sigálu - apětí u a (t) dochází v každém A/D převodíku k časové disketizaci (vzokováí), amplitudové disketizaci (kvatováí) a k vyjádřeí hodoty sigálu dvojkovým kódem (kódováí). Sigál po vzokováí je tvoře impulzy, jejichž amplituda je ova hodotě sigálu před vzokováím v okamžiku příchodu vzokovacího impulzu. Je-li kmitočtové spektum původího sigálu omezeo úhlovým kmitočtem ω m, je uto po ezkesleý přeos sigálu volit vzokovací úhlový kmitočet ω v miimálě dvakát vyšší ež je hodota ω m : ω v.ω m V tomto případě je splě Shao - Kotělikovův vzokovací teoém a edochází k překýváí kmitočtových spekte původího sigálu a sigálu po vzokováí. Poto se v paxi zařazuje před A/D převodík dolí popust a vzokovací úhlový kmitočet se volí ěkolikaásobě vyšší, ež je mezí úhlový kmitočet popusti. Při kvatováí vzoků sigálu dochází z důvodu koečé ozlišitelosti A/D převodíku k ejedozačosti učeí hodoty vzoku, tzv. kvatovací chybě (viz převodí chaakteistika). Její velikost se u ideálího A/D převodíku pohybuje v ozsahu ± /* - * = ± -(+) *, tedy ± /*q. Statické vlastosti A/D převodíků jsou učey převodí chaakteistikou, kteá je obvykle lieáí (ob. 5)
D Δ m ideálí ch. skutečá ch. max Δ / 3 / 5 3 / 7 a Δ Z převodí chaakteistiky lze učit: Ob. 5 Chybu uly (posuu) ε ε = Δ Chybu měřítka (zesíleí) ε m ε m = Δm Δ Itegálí elieaitu I NL jako maximálí odchylku středů kvatizačích úoví skutečého a ideálího A/D převodíku I NL = maxδ Všechy tyto chyby se vyjadřují buď v % jmeovitého ozsahu převodíku ebo v jedotkách ideálí kvatizačí úově (kvata) - *. Apoximačí A/D převodík Přípavek apoximačího A/D převodíku (ob.6) je osmibitový a skládá se ze zdoje efeečího apětí MAC, D/A převodíku MDAC 8, apoximačího egistu MHB 5, kompaátou MAC a geeátou hodiových impulzů s dvojitým moostabilím klopým obvodem CY 73N.
Převodík kóduje vstupí apětí postupou apoximací připíáím váhových poudů z D/A převodíků a vstup kompaátou, kteý vyhodocuje polaitu ozdílu součtu váhových poudů a vstupího poudu, odvozeého odpoem R 5 ze vstupího apětí IN. Převod se spouští sestupou haou statovacího sigálu START, po jejímž příchodu se spustí geeáto hodiových impulzů, kteý vyšle při popojeí svoek CLK OT a CLK IN 9 impulzů. + 5 V BIP OFF - 5 V M + 5 V M COMP IN V + 5 V - 5 V + 5 V MAC R k R R 3 6 3 3 MDAC 8 5 5 6 7 8 9 R R 5 3 8 MAC 7 R 9 AG CLK IN 7 9 MHB 5 D CP _ S RG Q Q Q Q 3 Q Q 5 Q 6 Q _ 7 Q 7 DO CC 3 5 6 3 5 START A B 3 R S 6 Q _ Q 3 C T 5 R T CLK OT CY 73N 6 9 5 A S Q _ B Q R 7 R 6 8 R C T C C 7 R T + 5 V 8 8 STATS DG SER OT Ob. 6 Při každém impulzu se postupě připíají váhové poudy D/A převodíku a stav kompaátou ozhoduje, zda jedotlivé váhové poudy jsou přechodě ebo tvale připojey ke vstupu kompaátou. Na výstupu SER OT se objevuje se zpožděím jedoho hodiového impulzu výstupí kódové slovo v séiovém tvau, začíající bitem B s ejvyšší vahou. S áběžou haou devátého hodiového impulzu přejde sigál STATS z úově H do klidové úově L. Platé kódové slovo v paalelím stavu je a výstupu převodíku až do příchodu ásledujícího statovacího sigálu. Doba převodu je max. 5 µs. Časový diagam čiosti převodíku je a ob. 7. Při epopojeí svoek BIP OFF a COMP je ozsah vstupího apětí převodíku až + V a hodota vstupího apětí je vyjádřea v přímém dvojkovém kódu (CSB). Při popojeí svoek BIP OFF a COMP je apěťový ozsah posuut o poloviu své hodoty do ozsahu - 5V až + 5 V a vstupí apětí je vyjádřeo v posuutém dvojkovém kódu (COB).
mi. 5 s s 5 s START CLK IN / CLK OT STATS, µs SER OT B B B 3 B B 5 B 6 B 7 B 8 B MSB B B 3 B B 5 B 6 B 7 B 8 LSB _ B Ob. 7 Itegačí A/D převodík s dvojí itegací Vlastosti tohoto typu A/D převodíku jsou popsáy v ávodu k úloze Základí vlastosti číslicového voltmetu s měřicím usměňovačem.