Tiểu luận Bài cao học tim hiểu về bộ bieesns đổi tương tự số

[HDpro_love]

Download miễn phí Tiểu luận Bài cao học tim hiểu về bộ bieesns đổi tương tự số

Với những ưu điểm hơn hẳn của tín hiệu số so với tín hiệu tương tự như khả năng chống sai số(lỗi), sửa sai số hiệu quả, khả năng tích hợp lớn của các thiết bị nên xu hướng số hoá ngày càng phát triển mạnh mẽ.
Ngày này trong các mạng viễn thông đang tồn tại song song cả hai hệ thống tương tự và hệ thống số, do đó cần có quá trình biến đổi tín hiệu tương tự sang số và ngược lại số – tương tự. Các quá trình đó được thực hiện bởi các bộ biến đổi tương tự – số(ADC Analog to Digital Converter) và bộ biến đổi số – tương tự(DAC Digital to Analog Converter).
Bài tiểu luận này trình bày ngắn gọn các bộ biến đổi tín hiệu tương tự sang số, và một số loại sai số thường xảy ra trong quá trình biến đổi đó cùng với phương pháp kiểm tra.
MụC LụC
1. Giới thiệu 1
2. Bộ biến đổi tương tư - số tích phân 2
2.1. Cấu trúc hai sườn dốc 2
2.2. Cấu trúc đa sườn dốc 5
3. Bộ biến đổi tương tự – số song song 6
3.1. Bộ biến đổi tức thời 6
3.2. Sai số động trong ADC song song 7
3.3. Mạch giữ và lấy mẫu 9
3.4. ADC ghép xen 10
4. Bộ biến đổi tương tự – số đa bước 12
4.1. Bộ biến đổi tương tự – số hai bước 12
4.2. Bộ biến đổi tương tự – số nhanh 12
4.3. Bộ biến đổi tương tự – số đầu vào ra song song 13
5. Bộ biến đổi đếm 14
6. Bộ biến đổi ADC xấp xỉ liên tiếp 15
7. Bộ biến đổi ADC kiểu bậc thang 17
8. Bộ biến đổi ADC bám sát 18
9. Sai số tĩnh và các kỹ thuật kiểm tra 19
9.1. Sai số bù, sai số tăng ích và sai số tuyến tính 19
9.2. Kỹ thuật đo 20
10. Sai số động và các kỹ thuật kiểm tra 21
10.1.Các loại sai số 21
a. Méo và thành phần tạp 21
b. Nhiễu 22
c. Các bít hiệu lực 22
d. Rung pha 22
e. Đáp ứng bậc thang 23
f. Sai số cân bằng 23
10.2. Các phương pháp kiểm tra 23
a. Kiểm tra rung pha 23
b. Kiểm tra tần số phách 23
11. Xây dựng hệ ghép nối ADC, DAC với máy vi tính 25

http://s1.luanvan.co/qYjQuXJz1boKCeiU9qAb3in9SJBEGxos/swf/2013/06/23/tieu_luan_bai_cao_hoc_tim_hieu_ve_bo_bieesns_doi_t.7fO1wCORTM.swf luanvanco /luan-van/de-tai-ung-dung-tren-liketly-31907/
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:

so víi tÝn hiÖu t­¬ng tù nh­ kh¶ n¨ng chèng sai sè(lçi), söa sai sè hiÖu qu¶, kh¶ n¨ng tÝch hîp lín cña c¸c thiÕt bÞ nªn xu h­íng sè ho¸ ngµy cµng ph¸t triÓn m¹nh mÏ.
Ngµy nµy trong c¸c m¹ng viÔn th«ng ®ang tån t¹i song song c¶ hai hÖ thèng t­¬ng tù vµ hÖ thèng sè, do ®ã cÇn ph¶i cã qu¸ tr×nh biÕn ®æi tÝn hiÖu t­¬ng tù sang sè vµ ng­îc l¹i sè – t­¬ng tù. C¸c qu¸ tr×nh ®ã ®­îc thùc hiÖn bëi c¸c bé biÕn ®æi t­¬ng tù – sè(ADC Analog to Digital Converter) vµ bé biÕn ®æi sè – t­¬ng tù(DAC Digital to Analog Converter).
Bµi tiÓu luËn nµy tr×nh bµy ng¾n gän c¸c bé biÕn ®æi tÝn hiÖu t­¬ng tù sang sè, vµ mét sè lo¹i sai sè th­êng x¶y ra trong qu¸ tr×nh biÕn ®æi ®ã cïng víi ph­¬ng ph¸p kiÓm tra.
1. Giíi thiÖu.
C¸c bé biÕn ®æi t­¬ng tù- sè, th­êng nã tíi lµ A/D (ADC) cã vai trß ngµy cµng quan träng trong viÖc trang bÞ m¸y ®o trong nh÷ng n¨m qua. Cã khi chøc n¨ng quan träng cña m¸y ®o c¬ b¶n nh­ lµ v«n mÐt sè, b©y giê ADC n¨m trong trung t©m nhiÒu dông cô phøc t¹p nh­ «xyl« vµ bé ph©n tÝch phæ. Trong nhiÒu tr­êng hîp ®Æc tÝnh bªn ngoµi cña dông cô bÞ h¹n chÕ bëi chØ tiªu chÊt l­îng bªn trong bé biÕn ®æi A/D. Cµng cã sù quan träng cña ADC ®èi víi m¸y ®o ®· ®­îc thùc hiÖn bëi céng nghÖ m¹ch tæ hîp (IC) chØ tiªu chÊt l­îng cao. Nã cho phÐp bé biÕn ®æi tèc ®é cao vµ ®é ph©n gi¶i cao h¬n ®­îc thiÕt kÕ, s¶n xuÊt vµ b¸n víi gi¸ phï hîp. C«ng nghÖ IC tiªn tiÕn quan träng ngang b»ng cho phÐp bé vi xö lý kh¶ n¨ng xö lý tÝn hiÖu sè nhanh mµ cÇn thiÕt trong viÖc cung cÊp sù thay ®æi gi¸ thÊp tõ d÷ liÖu gèc t¹o ra bëi ADC ®Õn kÕt qu¶ m¸y ®o.
Chøc n¨ng c¬ b¶n cña bé biÕn ®æi A/D lµ biÕn ®æi gi¸ trÞ t­¬ng tù ( ®iÓn h×nh biÓu diÔn bëi ®iÖn ¸p) thµnh c¸c bÝt nhÞ ph©n mµ cho phÐp tÝnh xÊp xØ” tèt” ®èi víi gi¸ trÞ t­¬ng tù . VÒ quan niÖm nhËn thøc ( NÕu khong nãi vÒ vËt lý häc), sù xö lý nay cã thÓ ®­îc xem nh­ lµ t¹o ra tû sè gi÷a tÝn hiÖu ®iÖn ¸p vµo vµ ®iÖn ¸p tham chiÕu ®· biÕt Vref sau ®ã lµm trßn kÕt qu¶ tíi gÇn gi¸ trÞ nguyªn nhÞ ph©n n-bÝt nhÊt. VÒ mÆt to¸n häc, qu¸ tr×nh xö lý cã thÓ ®­îc biÓu diÔn bëi :
(1)
Trong ®ã Vin lµ trÞ sè t­¬ng tù ( ë ®©y gi¶ ®Þnh cho phÐp d¶i tõ 0 ®Õn Vref ), D lµ tõ ë ®©u ra d÷ liÖu, vµ n lµ ®é ph©n gi¶i cña bé biÕn ®æi ( sè c¸c bÝt trong D). Hµm “rnd” ®¹i diÖn cho sù lµm trßn cña c¸c tõ trong dÊu ngoÆc ®èi víi gi¸ trÞ nguyªn gÇn nhÊt.
Mét c¸ch ®iÓn h×nh, ®iÖn ¸p th¸m chiÕu ®­îc sinh ra bªn trong bëi bé biÕn ®æi cã tÝnh c¸ch th­¬ng m¹i. Trong c¸c tr­êng hîp nã ®­îc bªn ngoµi cung cÊp. Cßn tr­êng hîp kh¸c ®iÖn ¸p tham chiÕu cÇn ph¶i ®¹t tíi d¶i ®©u vµo trong ph¹m vi ®©y ®ñ cña bé biÕn ®æi.
2. Bé biÕn ®æi t­¬ng tù – sè tÝch ph©n (Integrating Analog-to-Digital Converters).
Bé biÕn ®æi ADC tÝch hîp ®­îc dïng khi yªu cÇu ®é ph©n gi¶i rÊt cao t¹i tèc ®é lÊy mÉu t­¬ng ®èi thÊp. Nã lµm chøc n¨ng b»ng c¸ch tÝch hîp (lÊy trung b×nh) tÝn hiÖu ®Çu vµo qua chu kú thêi gian ®­îc chän vµ v× thÕ th­êng sö dông cho c«ng t¸c ®o c¸c ®iÖn ¸p DC. Sù lÊy trung b×nh cã hiÖu øng cña suy gi¶m nhiÔu ë ®Çu vµo. NÕu thêi gian trung b×nh ®­îc chän lµm mét hoÆc nhiÒu chu kú ®­êng d©y ®iÖn lùc(power line cycles), giao diÖn ®­êng d©y ®iÖn lùc ®­îc lo¹i bá tõ phÐp ®o.
Nã ®­îc øng dông räng r·i ë trong v«n mÐt sè, mµ nã lîi dông ®é ph©n gi¶i tiÕp sãng (receptional), tuyÕn tÝnh, tÝnh æn ®Þnh, vµ c¸ch lo¹i trõ nhiÔu cña CÊu tróc tÝch ph©n.
2.1.CÊu tróc hai s­ên dèc(Dual Slope Architecture).
Ph­¬ng ph¸p hai s­ên dèc cã lÏ ®­îc sö dông kiÕn tróc A/D tÝch ph©n mét c¸ch réng r·i nhÊt (h×nh 1). Cã hai nöa chu kú, dùa vµo ®©y cã s­ên dèclªn vµ s­ên dècxuèng. TÝn hiÖu vµo ®­îc tÝch hîp trong thêi gian s­ên dèclªn ®èi víi thêi gian Ên ®Þnh. Sau ®ã tham chiÕu cña tÝn hiÖu ng­îc ®­îc tÝch hîp trong thêi gian s­ên dèc xuèng ®Ó biÕn ®æi ®Çu vµo bé tÝch ph©n thµnh zero. Thêi gian cÇn thiÕt cho s­ên dèc xuèng tû lÖ víi trÞ sè ®Çu vµo vµ lµ ®Çu ra cña ADC.
VÒ mÆt to¸n häc, chu tr×nh s­ên dèclªn cã thÓ ®­îc tr×nh b¶y nh­ sau:
Vin
+-Vref
R
C
Vra
(2)
H×nh 1. S¬ ®å khèi ADC hai s­ên dèc ®¬n gi¶n.
Vout
Vp Vin tÝch ph©n
Vref tÝch ph©n
thêi gian
Tup
Tdn
H×nh 2. D¹ng sãng ADC hai s­ên dèc ®iÓn h×nh.
Trong khi ®ã Vp lµ gi¸ trÞ ®Ønh ®¹t t¹i ®Çu ra bé tÝch ph©n trong thêi gian s­ên dèc lªn, Tup ®­îc biÕt lµ thêi gian tÝch hîp s­ên dèc lªn, Vin lµ tÝn hiÖu ®Çu vµo, R vµ C lµ gi¸ trÞ thµnh phÇn cña bé tÝch ph©n.
T­¬ng tù s­ên dècxuèng cã thÓ tr×nh b¶y bëi:
(3)
Trong ®ã Tdn lµ thêi gian kh«ng biÕt tr­íc cña s­ên dècxuèng, vµ Vref lµ gi¸ trÞ tham kh¶o, biÓu thøc 2 vµ 3 vµ gi¶i ra Tdn, ®Çu ra cña ADC:
(4)
Chó ý ë ®©y lµ Vin vµ Vref lu«n lu«n lµ tÝn hiÖu ng­îc (§Ó ®¶m b¶o sù biÕn ®æi thµnh zero trong bé tÝch ph©n), vµ do ®ã Tdn lu«n lu«n lµ d­¬ng.
Cã thÓ trùc tiÕp thÊy ë trong biÓu thøc (4) r»ng R vµ C kh«ng cã mÆt ë trong Tdn . Do ®ã gi¸ trÞ cña nã kh«ng tíi h¹n. §©y lµ kÕt qu¶ cña cïng thµnh phÇn ®· ®­îc dïng cho c¶ s­ên dèc lªn vµ xuèng. T­¬ng tù, nÕu thêi gian Tup vµ Tdn ®­îc x¸c ®Þnh bëi chu kú ®Õm cña ®ång hå ®¬n, chu kú chÝnh x¸c cña ®ång hå ®ã sÏ kh«ng ¶nh h­ëng ®Õn ®é chÝnh x¸c cña ADC. Ph¸t biÓu l¹i ®Çu ra nãi tíi sè chu kú cña ®ång hå:
(5)
Trong ®ã Nup lµ sè chu kú ®ång hå ®· ®­îc Ên ®Þnh dïng trong s­ên dèclªn vµ Ndn lµ sè chu kú ®ång hå yªu cÇu ®Ó biÕn ®æi ®Çu ra bé tÝch ph©n thµnh 0.
C¸c nguån sai sè ®iÖn thÕ.
Râ rµng tõ biÓu thøc (5) thÊy r»ng Ndn, ®Çu ra b»ng sè cña ADC, chØ phô thuéc vµo ®Çu vµo, gi¸ trÞ tham chiÕu, vµ gi¸ trÞ kh«ng biÕt tr­íc Nnp,, sai sè trong Vref sÏ ¶nh h­ëng tíi ®é chÝnh x¸c hÖ sè khuÕch ®¹i cña ADC, nh­ng ®ã lµ Èn(implicit) trong nh÷ng bé biÕn ®æi.
Sai sè bï cã thÓ xuÊt hiÖn nÕu ®iÖn ¸p t¹i ®iÓm b¾t ®Çu cña s­ên dèclªn kh¸c víi ®iÖn ¸p t¹i ®iÓm cuèi cña s­ên dècxuèng. NÕu bé so s¸nh ®¬n trªn ®Çu ra cña bé tÝch ph©n ®­îc dïng ®Ó x¸c ®Þnh thêi gian ®¶o (crossing) 0 trong c¶ hai ®­êng dèc, sù bï cña nã sÏ kh«ng quan träng. Dï thÕ nµo th× sai sè bï cã thÓ xÈy ra v× vai trß lo¹i trõ (charge infection) tõ c«ng t¾c ®Ó chän ®Çu vµo vµ tham chiÕu. Trong øng dông v«n mÐt cã ®é chÝnh x¸c rÊt cao, sù bï nµy th­êng ®­îc bï bëi chu tr×nh tù trë vÒ kh«ng (auto-zero cycle).
TÝnh tuyÕn tÝnh cña bé biÕn ®æi cã thÓ bÞ ¶nh h­ëng bëi hiÖu øng nhí (memory) trong tô ®iÖn cña bé so s¸nh. §©y lµ do hiÖn t­îng gäi lµ hÊp thô ®iÖn m«i, mµ ®iÖn tÝch (charge) ®­îc hÊp thô mét c¸ch hiÖu dông bëi ®iÖn m«i tô trong kho¶ng thêi gian lé s¸ng(exposure) dµi tíi mét ®iÖn ¸p vµ sau ®ã quay tíi phiÕn tô khi mµ ®iÖn ¸p kh¸c ®­îc sö dông. C¸ch lùa chän vÊt liÖu ®iÖn m«i cã hÊp thô rÊt thÊp dïng ®Ó tèi thiÓu hiÖu øng nµy.
Sù c©n ®èi tèc ®é ®é ph©n gi¶i.
Thêi gian tÝch hîp s­ên dèc lªn cã thÓ ®­îc dïng ®Ó x¸c ®Þnh chu kú ®ång hå mét c¸ch chÝnh x¸c. Dï thÕ nµo th× thêi gian ®Ó biÕn ®æi ®Çu ra cña bé tÝch ph©n thµnh 0 kh«ng ph¶i lµ sè nguyªn thùc sù cña chu kú ®ång hå, khi Vin cã thÓ gi¶ ®Þnh b»ng bÊt kú gi¸ trÞ nµo. Thùc ra, lu«n lu«n cã sù kh«ng chÝnh x¸c sè ®Õm (count) +-1 mµ Ndn cã thÓ diÔn t¶ ®­îc Vin.
§é ph©n gi¶i cña hai s­ên dèc ADC cã mét sè ®Õm (count) trong Nmax, khi Nmax lµ sè ®Õm tÝch luü trong s­ên dèc sau khi tÝch hîp ®Çu vµo cã thang ®é ®Çy ®ñ Vin=Vts. Dùa trªn biÓu thøc (5).
(6)
§Ó c¶i thiÖn ®é ph©n gi¶i, Nmax ph¶i ®­îc t¨ng lªn. ViÖc ®ã cã thÓ lµm ®­îc b»ng c¸ch t¨ng Nup , cã gi¸ trÞ hiÖu øng thêi gian t¨ng tuyÕn tÝnh yªu cÇu cho c¶ hai s­ên dèclªn vµ xuèng. HoÆc Vref ph¶i gi¶m, do ®ã thêi gian s­ên dè...