hoangunited
New Member
Download miễn phí 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
2. Bộ biến đổi tương tư - số tích phân
2.1. Cấu trúc hai sườn dốc
2.2. Cấu trúc đa sườn dốc
3. Bộ biến đổi tương tự – số song song
3.1. Bộ biến đổi tức thời
3.2. Sai số động trong ADC song song
3.3. Mạch giữ và lấy mẫu
3.4. ADC ghép xen
4. Bộ biến đổi tương tự – số đa bước
4.1. Bộ biến đổi tương tự – số hai bước
4.2. Bộ biến đổi tương tự – số nhanh
4.3. Bộ biến đổi tương tự – số đầu vào ra song song
5. Bộ biến đổi đếm
6. Bộ biến đổi ADC xấp xỉ liên tiếp
7. Bộ biến đổi ADC kiểu bậc thang
8. Bộ biến đổi ADC bám sát
9. Sai số tĩnh và các kỹ thuật kiểm tra
9.1. Sai số bù, sai số tăng ích và sai số tuyến tính
9.2. Kỹ thuật đo
10. Sai số động và các kỹ thuật kiểm tra
10.1.Các loại sai số
a. Méo và thành phần tạp
b. Nhiễu
c. Các bít hiệu lực
d. Rung pha
e. Đáp ứng bậc thang
f. Sai số cân bằng
10.2. Các phương pháp kiểm tra
a. Kiểm tra rung pha
b. Kiểm tra tần số phách
11. Xây dựng hệ ghép nối ADC, DAC với máy vi tính
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...