Bài giảng kỹ thuật số P10

Chia sẻ: Tran Thach | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

183
lượt xem 89
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giao tiếp tương tự - số - Bộ biến đổi tương tự sang số (ADC) đóng vai trò trong hệ thống xử lý thông tin khi mà các nguồn tín hiệu đưa vào hệ vi xử lý là tín hiệu dạng tương tự

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng kỹ thuật số P10

Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 6 CHƯƠNG 6. GIAO TIẾP TƯƠNG TỰ - SỐ 6.1. BIẾN ĐỔI ADC 6.2.1. Khái niệm Boä bieán ñoåi töông töï sang soá (ADC) ñoùng vai troø quan troïng trong heä thoáng xöû lí thoâng tin khi maø caùc luoàng tín hieäu ñöa vaøo heä vi xöû lí laø tín hieäu daïng töông töï . Caùc boä chuyeån ñoåi thöïc hieän hai chöùc naêng cô baûn laø löôïng töû hoùa vaø maõ hoùa. Löôïng töû hoùa laø gaùn nhöõng giaù trò cuûa moät tín hieäu töông töï vaøo vuøng caùc giaù trò rôøi raïc sinh ra trong quaù trình maõ hoùa. Ñoái vôùi ADC ta cuõng duøng caùc loaïi maõ soá nhö nhò phaân, BCD, buø moät, buø hai. Quaù trình laáy maãu (Sampling). Böôùc ñaàu tieân trong chuyeån ñoåi töông töï – soá laø rôøi raïc hoaù theo thôøi gian tín hieäu ñaàu vaøo ban ñaàu. Vieäc laáy maãu nhö vaäy ñöôïc boä phaän laáy maãu vaø giöõ – Sample & Hold Circuit (S&H) thöïc hieän. Böôùc tieáp theo, boä chuyeån ñoåi töông töï – soá A/D chuyeån ñoåi caùc maãu nghieäm lieân tuïc theo giaù trò vaø ñaõ ñöôc rôøi raïc hoaù theo thôøi gian ñoù thaønh tín hieäu löôïng töû hoaù theo giaù trò vaø bieåu dieãn döôùi daïng soá nhò phaân. Phaûi choïn taàn soá laáy maãu sao cho caùc trò lấy maãu coù theå ñaëc tröng cho tín hieäu ban ñaàu maø khoâng bò toån thaát thoâng tin (fsample ≥ 2 fmax). Maïch laáy maãu vaø döøng S&H. Trong kyõ thuaät chuyeån ñoåi töông töï – soá, tín hieäu töông töï bieán thieân lieân tuïc theo thôøi gian u(t) ñöôïc laáy maãu ôû nhöõng thôøi ñieåm nhaát ñònh, vaø giaù trò tín hieäu GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 153
Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 6 nhaän ñöôïc seõ ñöôïc löu giöõ trong moät khoaûng thôøi gian ñònh tröôùc. Trong nhieàu boä chuyeån ñoåi A/D, tín hieäu phaûi ñöôïc giöõ khoâng ñoåi trong suoát thôøi gian chuyeån ñoåi. Ñeå thöïc hieän vieäc ñoù, duøng maïch Track-and-Hold – T&H. Caáu truùc cô baûn cuûa maïch T&H Sau moãi laàn môû chuyeån maïch, tuï ñieän naïp ñeán giaù trò ñieän aùp ñaàu vaøo u vao (t) vaø löu giöõ giaù trò töùc thôøi cuûa ñieän aùp ñaàu vaøo tröôùc thôøi ñieåm môû chuyeån maïch. Caû hai boä khuyeách ñaïi thuaät toaùn laøm boä ñeäm buffer cho ñaàu vaøo cuõng nhö ñaàu ra. Moät khaû naêng khaùc thöïc hieän maïch T&H. Moät transistor tröôøng FET (Isolated – Gate – FET) ñöôïc maéc giöõa KÑTT ñaûo pha vaø KÑTT tích phaân. Khi usamp = 0, transistor FET seõ daãn vaø ñieän aùp ñaàu ra u ra töông öùng ñieän aùp ñaàu vaøo aâm u vao , giaû thieát haèng soá thôøi gian tích phaân cuûa KÑTT tích phaân (ñöôïc xaùc ñònh bôûi doøng ñieän ñaàu ra cöïc ñaïi cuûa KÑTT) laø ñuû nhoû. Vaøo thôøi ñieåm t = t0 , transistor tröôøng khoaù, nhö vaäy vieäc naïp tuï (ñieän aùp tuï ñieän) khoâng ñoåi vaø ñieän aùp ñaàu ra u ra ñöôïc giöõ laïi ôû möùc giaù trò u ra (t) = u ra ( t0 ), cho ñeán khi transistor tröôøng laïi ñöôïc ñieàu khieån môû maïch. Khi FET ñoùng, caùc diode seõ daãn vaø nhôø ñoù maø traùnh ñöôïc hieän töôïng KÑTT bò quaù ñieàu khieån. Chuyeån ñoåi song song (Flash Converter, giaûi ñieàu nhieàu laàn). Ñeå coù theå tieán haønh chuyeån ñoåi cöïc nhanh, ngöôøi ta söû duïng caùc chuyeån ñoåi song song, coøn ñöôïc goïi laø Flash Converter hay boä giaûi ñieàu nhieàu laàn. Trong kieåu chuyeån ñoåi ( naøy, ñieän aùp caàn chuyeån ñoåi seõ ñöôïc ñoàng thôøi so saùnh caân baèng vôùi 2 N − 1 ) ñieän aùp quy chieáu GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 154
Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 6 Boä chuyeån ñoåi A/D 3 bit vôùi caùc boä so song song U LSB = U ref 2 N = U ref 8 Hình N3.4.15 – . ( ) Phaàn chuû yeáu cuûa chuyeån ñoåi song song laø 2 N − 1 boä so saùnh, hoaït ñoäng chöùc naêng maïch so saùnh vôùi ñieän aùp ra u ra = +U B töông öùng tín hieäu logic K=1, nhöng neáu u ra = −U B thì töông öùng K=0 nhö sau. . Vieäc chuyeån ñoåi ñöôïc tieán haønh chæ moät böôùc, cho pheùp toác ñoä chuyeån ñoåi ñaït möùc cao nhaát coù theå, nhöng giaù thaønh cao töông öùng, vì ñoàng thôøi phaûi duøng soá ( ) löôïng lôùn caùc boä so saùnh 2 N − 1 . Tín hieäu cuûa moät trong baûy boä so cuûa chuyeån ñoåi song song 3 bit ñöôïc giôùi thieäu trong baûng N3.4-3. Xaáp xæ hoaù luõy tieán lieân tuïc (phöông phaùp caân, chuyeån ñoåi theo baäc). Phöông phaùp naøy döïa treân cô sôû nguyeân lyù caân baèng. Trong sô ñoà boä chuyeån ñoåi, hoaït ñoäng theo nguyeân lyù xaáp xæ hoaù luõy tieán, coøn goïi laø chuyeån ñoåi theo baäc, ngoaøi modul ñieàu khieån quaù trình vaø thanh ghi coøn coù boä so saùnh vaø moät chuyeån ñoåi soá – töông töï D/A Trong caùc böôùc luõy tieán, boä so seõ thöû xem ñieän aùp caàn chuyeån ñoåi lôùn hôn hay nhoû hôn ñieän aùp u(Z) do boä chuyeån ñoåi ngöôïc D/A taïo ra. Tieáp theo, bit baäc cao nhaát (MSB) seõ ñöôïc ñaët ñònh, ñöôïc chuyeån ñoåi D/A bieán ñoåi ngöôïc trôû laïi thaønh ñieän aùp töông töï u(Z) vaø so saùnh vôùi ñieän aùp ñaàu vaøo u vao . Tuøy theo giaù trò u(Z) lôùn hay nhoû hôn u vao maø ñieän aùp quy chieáu seõ ñöôïc coäng vaøo hay tröø ñi töø giaù trò ñoù, vaø theo ñoù maø soá nhò nguyeân töông öùng cuûa tín hieäu soá nhò phaân ñaàu ra seõ laø 0 hay 1. Trong moãi chu trình tieáp theo, seõ laøm tieáp chöõ soá nhò nguyeân cho baäc GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 155
Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 6 döôùi vaø quaù trình so saùnh seõ ñöôïc laëp laïi. Ñoái vôùi moät chuyeån ñoåi N bit thì caàn N böôùc so saùnh vaø chu trình laëp laïi tuaàn hoaøn. Chuyeån ñoåi A/D 4 bit theo nguyeân lyù xaáp xæ hoaù luõy tieán. Tín hieäu cuûa boä chuyeån ñoåi song song 3 bit. Ñieän aùp vaøo Tín hieäu so saùnh Maõ nhò phaân Ñieän aùp töông töï K 7 K 6 K 5 K 4 K 3 K 2 K1 Z 2 Z1Z 0 u vao 0 ≤ u vao < 1 U LSB 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 U LSB ≤ u vao < 3 U LSB 2 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 U ref / 8 3 2 U LSB ≤ u vao < 5 U LSB 2 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 2 U ref / 8 5 2 U LSB ≤ u vao < 7 U LSB 2 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 3 U ref / 8 7 U LSB ≤ u vao < 9 U LSB 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 4 U ref / 8 2 2 9 U LSB ≤ u vao < 11 U LSB 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 5 U ref / 8 2 2 11 U LSB ≤ u vao < 13 U LSB 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 6 U ref / 8 2 2 13 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7 U ref / 8 2 U LSB ≤ u vao Boä rôøi raïc hoaù nhieàu taàng theo baäc (phöông phaùp phoái hôïp song song vaø caân baèng). Boä rôøi raïc hoaù nhieàu taàng giaûi quyeát thoaû hieäp giöõa toác ñoä chuyeån ñoåi vaø giaù thaønh. Vì ñoái vôùi caùc chuyeån ñoåi thuaàn tuyù theo phöông phaùp song song (rôøi raïc hoaù nhieàu taàng) thì caàn raát nhieàu boä so saùnh, ví duï: moät chuyeån ñoåi A/D 8 bit thì caàn tôùi 255 boä so, ngöôøi ta phaân baäc boä rôøi raïc hoaù thaønh taàng. Vieäc ñoù cho pheùp giaûm soá löôïng boä so saùnh, nhöng ñoàng thôøi toác ñoä chuyeån ñoåi chaäm hôn. GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 156
Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 6 Sô ñoà khoái chuyeån ñoåi 8 bit baèng hai chuyeån ñoåi song song 4 bit maéc theo baäc. Chuyeån ñoåi A/D thöù nhaát nhaän vieäc löôïng töû hoaù thoâ, löôïng töû hoaù 4 bit baäc cao. Keát quaû chuyeån ñoåi naøy seõ ñöôïc boä chuyeån ñoåi D/A bieán ñoåi ngöôïc thaønh ñieän aùp töông töï vaø tröø ñi töø ñieän aùp ñaàu vaøo. Tín hieäu sai leäch (vi sai) seõ ñöôïc boä chuyeån ñoåi A/D thöù hai löôïng töû hoaù (heä soá 16 laàn tinh hôn). Keát quaû chuyeån ñoåi naøy cho 4 bit baäc thaáp hôn. Vieäc haïn cheá ñöôïc soá löôïng boä so saùnh(trong ví duï tröôùc thì giaûm ñöôïc töø 255 xuoáng 30), laøm haï giaù thaønh chuyeån ñoåi noùi chung. Chuyeån ñoåi theo phöông phaùp phaân taàng cascade. Theo phöông phaùp phaân taàng, ngöôøi ta duøng moät boä chuyeån ñoåi song song N bit (Flash Converter) ñeå chuyeån ñoåi 2N bit. ÔÛ ñaây caàn hai chu trình chuyeån ñoåi. So vôùi boä chuyeån ñoåi ôû treân thì ôû ñaây tieát kieäm ñöôïc moät boä chuyeån ñoåi. Tín hieäu töông töï ôû ñaàu vaøo u vao trong chu trình nhòp ñoàng boä ñaàu tieân ( S1 ñoùng, S 2 môû) ñöôïc bieán ñoåi bôûi boä chuyeån ñoåi N bit. Keát quaû, cho N bit baäc cao nhaát, ñöôïc boä chuyeån ñoåi ngöôïc D/A bieán ñoåi thaùnh giaù trò töông töï töông öùng, ñem tröø ñi ñieän aùp ñaàu vaøo u vao ban ñaàu. Ñieän aùp vi sai ñöôïc khuyeách ñaïi leân 2 N laàn, vaø ñöôïc ñöa trôû laïi boä chuyeån ñoåi song song N bit ( S1 môû, S 2 ñoùng). Ñem coäng keát quaû cuûa chuyeån ñoåi 1 vaø 2, roát cuoäc ta coù keát quaû cuûa chuyeån ñoåi 2N bit “giaû laäp – pseudo”. Chuyeån ñoåi A/D theo phöông phaùp phaân taàng cascade. Chuyeån ñoåi theo phöông phaùp phaân taàng laëp laïi. Trong chuyeån ñoåi phaân taàng laëp laïi (Recursive – Subranging – Analog – Digital – Converter RSR-A/DC), seõ tieán haønh bieán ñoåi töông töï – soá moät töø maõ (n.N) bit baèng chuyeån ñoåi song song N bit vôùi n böôùc tuaàn töï. Veà nguyeân lyù hoaït ñoäng, caùc chuyeån ñoåi naøy döïa treân nguyeân lyù tieäm caän töøng böôùc, vôi khaùc bieät laø thay vì GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 157
Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 6 söû duïng caùc boä so saùnh töông töï laøm chuyeån ñoåi 1 bit, ôû ñaây söû duïng boä chuyeån ñoåi song song N bit. Noùi chung, cuõng caàn phaûi ñaûm baûo ñoä chính xaùc khueách ñaïi ñoái vôùi toaøn thang ño (n.N) bit. Cuõng nhö trong phöông phaùp phaân taàng ñôn giaûn, söû duïng moät boä chuyeån ñoåi soá – töông töï D/A ñeå bieán ñoåi ngöôïc giaù trò keát quaû thaønh giaù trò töông töï töông öùng ñeå tröø ñi töø giaù trò ñaàu vaøo u vao . Nhö vaäy, caàn duøng moät chuyeån ñoåi D/A (n.N) bit. So vôùi phöông phaùp tieäm caän töøng böôùc ñôn thuaàn, coù söï caûi thieän do chuyeån ñoåi (n.N) bit maø chæ caàn n thay vì (n.N) chu trình xaáp xæ hoaù. Gioáng nhö trong caùc phöông phaùp phaân taàng ñaõ neâu, cuõng duøng bit thöù N ñeå hieäu chính sai soá, ñieàu ñoù caàn theâm moät chu trình nhòp phuï. Boä chuyeån ñoåi A/DC 12 bit theo PP phaân taàng laëp laïi a)- Sô ñoà nguyeân lyù; b)- Xaùc ñònh giaù trò soá baèng haïn cheá luõy tieán (k vaø i - soá töï nhieân). Chuyeån ñoåi baäc Incremental (phöông phaùp ñeám). Trong chuyeån ñoåi A/D döïa treân cô sôû phöông phaùp ñeám, ñieän aùp so caân baèng u(Z) ñöôïc moät boä chuyeån ñoåi D/A taïo ra. Boä chuyeån ñoåi D/A ñoù ñöôïc moät boä ñeám thoâng thöôøng maéc phía ñaàu vaøo ñieàu khieån. GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 158
Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 6 Chuyeån ñoåi A/D theo nguyeân lyù chuyeån ñoåi baäc Incremental. Ngay khi u(Z) vöôït quaù ñieän aùp u vao caàn chuyeån ñoåi, thì vieäc chuyeån ñoåi bò ngöng laïi. Töø traïng thaùi boä ñeám coù theå tröïc tieáp tính ra ñöôïc giaù trò soá cuûa ñieän aùp ñöôïc chuyeån ñoåi. Öu ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø giaûm ñöôïc chi phí caáu taïo thieát bò (chæ caàn moät boä so), trong khi coù nhöôïc ñieåm laø giaûm toác ñoä chuyeån ñoåi. Soá chu trình caàn thieát trong chuyeån ñoåi phuï thuoäc vaøo ñoä lôùn cuûa ñieän aùp vaøo u vao . Ñeå coù ñöôïc keát quaû giaù trò côõ N bit seõ caàn toái ña 2 N böôùc. Chuyeån ñoåi baùm saùt (phöông phaùp ñeám). Ngöôïc vôùi chuyeån ñoåi baäc Incremental neâu treân, chuyeån ñoåi baùm saùt ñeám tôùi – lui. Caáu taïo nguyeân lyù cuûa chuyeån ñoåi baùm saùt (hình N3.4-22) veà cô baûn khaùc vôùi chuyeån ñoåi baäc Incremental laø thay vì boä ñeám tôùi thuaàn tuùy, ôû ñaây söû duïng boä ñeám thuaän - nghòch phoái hôïp. Nhö vaäy, tín hieäu ra cuûa D/AC luoân baùm saùt theo tín hieäu vaøo. Trong ñoù, söï bieán ñoäng tín hieäu vaøo trong thôøi gian moät chu kyø nhòp ñoàng boä khoâng ñöôïc lôùn hôn giaù trò U LSB . Khi bieán ñoäng tín hieäu nhanh thì thôøi gian ñeå ñaït tôùi söï caân baèng tieáp theo coù theå laø raát laâu, tröôøng hôïp xaáu coù theå laâu tôùi côõ 2 N chu kyø nhòp ñoàng boä. 6.2.2. Một số loại IC ADC • ADC 0801/ ADC0802/ ADC0803/ ADC0804/ ADC0805 (IC CMOS 20 chaân), ñaây laø caùc boä bieán ñoåi A/D 8 bit vôùi 1 keânh töông töï, söû duïng phöông phaùp lieân tieáp xaáp xæ. Caùc boä bieán ñoåi naøy ñöôïc thieát keá ñeå coù theå giao tieáp vôùi caùc BUS nhôø vaøo vieäc ñieàu khieån bus 3 traïng thaùi. Khi giao tieáp vôùi boä vi xöû lyù, chuùng seõ ñoùng vai troø nhö nhöõng boä nhôù ñöôïc ñònh vò hay noùi caùch khaùc chuùng laø caùc port I/O. Ñieän aùp tham chieáu chuaån ôû ñaàu vaøo coù theå ñöôïc ñieàu chænh cho pheùp maõ hoùa caùc giaù trò ñieän aùp analog nhoû hôn traûi ñeàu ñoä phaân giaûi cuûa 8 bit. • Ñaëc ñieåm chung: Deã daøng giao tieáp vôùi boä vi xöû lyù hoaëc hoaït ñoäng ñoäc laäp Möùc logic ñaàu vaøo / ra töông thích vôùi caû 2 loaïi MOS vaø TTL Boä phaùt xung nhòp cuøng naèm treân chip Daûi tín hieäu analog loái vaøo 0 … 5V khi ñieän aùp nguoàn nuoâi laø 5V Khoâng caàn hieäu chænh zero GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 159
Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 6 Hoaït ñoäng toaøn vuøng 5V hay 2.5V tuøy theo giaù trò ñieän aùp tham chieáu Doøng tieâu thuï : 1.9mA ADC0804 +IN DB0 -IN DB1 DB2 VREF/2 DB3 DB4 CLKIN DB5 CLKR DB6 DB7 RD WR INTR CS VCC/VREF GND AGND Thôøi gian bieán ñoåi: 100μs Coù taàng khueách ñaïi thuaät toaùn ôû chaân 9 ñeå coù phoái hôïp trôû khaùng Ñieän trôû vaøo ôû chaân 9: 1.1kΩ • Ngoaøi ra coøn coù caùc IC: ADC 0808/ ADC0809, ñaây laø caùc boä bieán ñoåi A/D 8 bit vôùi 8 keânh töông töï Sinh vieân tra sô ñoà chaân vaø sô ñoà keát noái cho maïch thöïc teá 6.2. BIẾN ĐỔI DAC 6.2.1. Khái niệm Chuyeån ñoåi soá – töông töï Digital – Analog Converter (DAC) laø bieán ñoåi tín hieäu ñaõ ñöôïc maõ hoaù daïng soá trôû laïi thaønh giaù trò ñieän aùp töông töï. Nguyeân lyù chuyeån ñoåi soá – töông töï. Giaû thieát raèng giaù trò soá Z ñöôïc xöû lyù nhö moät soá nhò phaân N bit theo maõ nhò phaân vaø xöû lyù song song (1 bit moãi ñöôøng döõ lieäu). Tieáp theo, giaû thieát raèng chæ xeùt ñeán caùc chuyeån ñoåi D/A maø chæ chuyeån ñoåi, xöû lyù nhöõng soá döông trong phaïm vi GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 160
Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 6 0 ≤ Z ≤ Z max = 2 N − 1 , ôû ñaây: soá nhò phaân Z bin = z N −1...z1 z0 bieåu thò bôûi N chöõ soá nhò nguyeân zi : Z = z N −1 2 N −1 + ... + z2 22 + z1 21 + z0 20 . Soá nhò phaân N bit ôû ñaàu vaøo cuûa boä chuyeån ñoåi D/A ñöôïc moät thanh ghi ñaàu vaøo tieáp nhaän, vaø khi coù taùc ñoäng söôøn xung nhòp tieáp theo, noù ñöôïc chuyeån ñoåi thaønh giaù trò töông töï töông öùng. Ñoä lôùn böôùc löôïng töû hoaù U LSB do quaù trình rôøi raïc hoaù, töông öùng vôùi vi sai tín hieäu töông töï ôû ñaàu ra giöõa hai giaù trò soá keá tieáp: U LSB = U ref 2 N , ôû ñaây U ref - ñieän aùp quy chieáu (reference) cuûa boä chuyeån ñoåi D/A. Ñoä lôùn böôùc löôïng töû töông öùng giaù trò töông töï cuûa bit baäc thaáp nhaát Least Significant Bit LSB. Ñaëc tuyeán truyeàn ñaït cuûa boä chuyeån ñoåi D/A ñôn cöïc lyù töôûng 3 bit ( U LSB = U ref / 8) nhö sau. Trong ñoù, K laø soá ñieåm rôøi raïc hoaù treân ñaëc tuyeán truyeàn ñaït, quy ñònh soá bit N cuûa boä chuyeån ñoåi: K = 2N . Ñieän aùp töông töï ôû ñaàu ra u ra cuûa chuyeån ñoåi D/A naèm trong khoaûng: 2n − 1 0 ≤ u ra ≤ U LSB (2 N − 1) = U ref = U ref (1 − 2 − N ) . 2N Moät trong nhöõng ñaïi löôïng ñaëc tröng quan troïng cuûa boä chuyeån ñoåi D/A laø tyû soá chuyeån ñoåi vaø thôøi gian chuyeån ñoåi. • Tyû soá chuyeån ñoåi: bao nhieâu giaù trò soá ñöôïc chuyeån ñoåi thaønh giaù trò töông töï trong moät ñôn vò thôøi gian. • Thôøi gian chuyeån ñoåi, noùi chung, töông öùng trò nghòch ñaûo cuûa tyû soá chuyeån ñoåi. GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 161
Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 6 Sô ñoà thöïc hieän chuyeån ñoåi soá – töông töï D/A baèng Pheùp coäng doøng hay aùp troïng soá. ï. a)- Phöông aùn khuyeách ñaïi u / i ; b)- Phöông aùn coù khuyeách ñaïi i / u . Boä chuyeån ñoåi treân coù boä khuyeách ñaïi u / i cung caáp doøng ra khoâng ñoåi I ref = U ref / Rref . Neáu song song vôùi ñieän trôû Ri maéc moät chuyeån maïch Si ñöôïc ñieàu khieån bôûi töø maõ Z,, sao cho noù môû khi coù chöõ soá nhò nguyeân 1 (Si ( zi = 1) = 1) , vaø khi coù soá 0 noù vaãn giöõ traïng thaùi ñoùng (S i ( z i = 0 ) = 0) , thì ñieän aùp ñaàu ra baèng: N −1 U ref N −1 u ra = I ref ∑ S i Ri = ∑S R i i , i =0 Rref i =0 ôû ñaây ñieän trôû troïng soá nhò phaân Ri laø: Ri = 2i R , - i = 0,1,…,N – 1. Hình b giôùi thieäu phöông aùn sô ñoà coù boä khuyeách ñaïi i / u, hoaït ñoäng nhö moät boä coäng ñaûo. Khaùc vôùi phöông aùn tröôùc, trong sô ñoà naøy chuyeån maïch Si seõ ñoùng (S (z i i ) = 1) = 1 khi coù soá nhò nguyeân 1. Vaø ñieän aùp ñaàu ra u ra baèng: N −1 1 u ra = − Rref U ref ∑ S i , i =0 Ri ôû ñaây ñieän trôû Ri coù troïng soá nhò phaân nghòch ñaûo so vôùi trong bieåu thöùc treân R Ri = i , i = 0,1, …, N – 1, 2 vaø S i = 1 khi soá nhò nguyeân thöù i laø 1, coøn ngoaøi ra thì S i = 0. GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 162
Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 6 Phöông aùn thöïc hieän sô ñoà Boä chuyeån ñoåi D/A 4 bit coù khuyeách ñaïi i / u treân cô sôû chuyeån maïch baùn daãn. Sô ñoà ñöôïc phaân baäc thöù nguyeân sao cho khi soá nhò nguyeân thöù i ñöôïc ñaët ñònh ôû möùc 1 (töông öùng ñieän aùp döông trong phaïm vi U B , töùc laø U ( zi = 1) ≈ U B ), thì transistor töông öùng ñöôïc môû vaø doøng collector cuûa noù, voán do ñoä lôùn ñieän trôû R 2i quy ñònh, seõ chaïy qua “ñieän trôû toång” Rref . Nhö vaâïy, pheùp coäng theo bieåu thöùc (N3.4-8) ñöôïc thöïc hieän. Ñieän aùp rôi treân ñieän trôû R 2i coù giaù trò baèng U ref vì ñieän aùp dao ñoäng treân diode U D gaàn töông xöùng ñieän aùp BE aâm cuûa transistor ( U D ≈ −U BE ). Diode zener oån aùp giöõ cho ñieän aùp U ref khoâng ñoåi. Ñoái vôùi nhöõng chuyeån ñoåi D/A thieát keá treân cô sôû caùc maïng trôû khaùng nhö treân, thoâng thöôøng phaûi ñaùp öùng yeâu caàu raát cao veà ñoä chính xaùc cuûa caùc ñieän trôû maéc trong maïch. Boä chuyeån ñoài soá – töông töï N bit coù lieân heä töông quan giöõa ñieän aùp ñaàu ra cöïc ñaïi u ra. max vaø böôùc löôïng töû U LSB laø: ( u ra. max = 2 N − 1 U LSB ) . Neáu phaûi ñaûm baûo sai soá tuyeät ñoái lôùn nhaát Δu ra cuûa ñieän aùp ñaàu ra u ra nhoû hôn U LSB 2 , töùc laø Δu ra ≤ U LSB 2 , thì phaûi aùp duïng luaät phaân boá sai soá ñoái vôùi sai soá heä thoáng cho bieåu thöùc (N3.4-6): U ref N −1 ∂Ri U ref N −1 1 Δu ra = ∑ S i ∂R ΔRi = R Rref i =0 ∑S i =0 i ΔRi < U LSB 2 . i ref Trò soá analog töông töï cuûa baäc löôïng töû hoaù ñaàu tieân coù theå xaùc ñònh töø caùc bieåu thöùc (N3.4-6) vaø (N3.4-7), laø haøm cuûa ñieän aùp quy chieáu vaø giaù trò ñieän trôû R vaø Rref : U ref U LSB = R Rref N −1 U ref 1 U ref ruùt ra: Δu ra = Rref ∑S i =0 i ΔRi < 2 Rref R GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 163
Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 6 Tröôøng hôïp xaáu nhaát laø söï coá moïi chuyeån maïch Si ñeàu môû ( Si = 1), cho neân phaûi ñaûm baûo ñieàu kieän sau: N −1 1 ∑ ΔRi < 2 R i =0 . Neáu ta coi sai soá töông ñoái cuûa moïi ñieän trôû chæ trò nhò phaân laø nhö nhau, thì: ΔRi = ΔR 2i Sai soá töông ñoái lôùn nhaát coù theå chaáp nhaän theo ñieàu kieän Δu ra ≤ U LSB 2 maø sô ñoà chuyeån ñoåi duøng maïng ñieän trôû treân coù theå ñaùp öùng: N −1 1 ΔR ∑ 2i < R , i =0 2 ΔR 1 vaø < . R ( 2 2 −1 N ) Phaûi ñaëc bieät ñaûm baûo thoaû maõn ñieàu kieän naøy ñoái vôùi ñieän trôû RN −1 - ñònh trò bit baäc cao nhaát MSB. Veà maët sai soá toaøn phaàn, thì ñieän trôû naøy coù aûnh höôûng lôùn nhaát, ñieàu ñoù coù nghóa laø ñoái vôùi caùc chuyeån ñoåi 12 bit thì ñieän trôû R11 ít nhaát phaûi ñaûm baûo yeâu caàu ñoä chính xaùc sau: ΔR11 1 R11 = ( 2 2 −1 11 ) = 0,00024 = 0,024% . GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 164
Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 6 Maïng chuoãi ñieän trôû. Nhöôïc ñieåm neâu treân, thoâng thöôøng laø do söû duïng ñieän trôû ñöôïc cheá xuaát haøng loaït, theo trò soá chuaån hoaù vôùi ít trò soá ñònh möùc khaùc nhau. Coù theå khaéc phuïc nhöôïc ñieåm ñoù baèng caùch söû duïng maïng chuoãi ñieän trôû R-2R. Phaàn lôùn caùc chuyeån ñoåi D/A söû duïng chuoãi ñieän trôû ñoù laøm nhöõng boä phaân aùp vaø phaân doøng maëc ñònh. Sô ñoà maïch töông öùng chæ duøng caùc ñieän trôû R vaø 2R nhö sau . Hình a laø sô ñoà coù nguoàn doøng; hình b laø sô ñoà töông ñöông giöõa nuùt i vaø (i+1) khi zi =1 caùc maïch khaùc môû; hình c laøsô ñoà nguyeân lyù coù nguoàn aùp. Sô ñoà töông ñöông hình b bieåu thò töông quan giöõa hai nuùt i vaø (i+1), coù theå theo nguyeân taéc phaân doøng, quy ñònh tyû leä doøng I i +1 vaø I i luoân baèng 1/2: I i +1 I i = 1 2 . Trong ñoù, giaû ñònh raèng maïch thuoäc bit nhò nguyeân thöù i laø ñoùng, trong khi taát caû caùc bit nhò nguyeân khaùc ñeàu ñang môû. Maët khaùc, tyû leä 1/2 ñuùng baèng chæ trò troïng soá nhò phaân cuûa chuyeån maïch Si . Vôùi I ref = I i +1 + I i thì ñieän aùp u i baèng: GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 165
Bài Giảng Kỹ Thuật Số Chương 6 2 ui = I i R = I ref R . 3 Do phaân aùp giöõa caùc nuùt i vaø (i+1) ta coù: u i +1 1 = . ui 2 Xaùc ñònh ñieän aùp ñaàu ra u ra baèng caùch aùp duïng nguyeân lyù sieâu vò: N −1 2 u ra = I ref R ∑ S i 2 i − N +1 , 3 i =0 vaø ñaùnh giaù troïng soá nhò phaân cuûa ñieän aùp thaønh phaàn u i . Trong phöông aùn sô ñoà hình c, thay vì nguoàn doøng N caàn coù nguoàn aùp quy chieáu. Töø thaønh phaàn ñieän aùp ñaët tröôùc, xaùc ñònh ñöôïc ñieän aùp ñaàu ra u ra : N −1 2 u ra = U ref ∑ S i 2 i − N +1 . 3 i =0 6.2.2. MỘT SỐ IC DAC CHUYÊN DỤNG • DAC 0808 laø boä chuyeån ñoåi DAC 8bit Caùc thoâng soá vaø ñaëc tính kyõ thuaät SV töï tra taøi lieäu GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 166