D/A pretvorba: Pregled možnih izvedb in njihove prednosti ter slabosti

Digitalno analogna pretvorba je postopek pri katerem poljuben digitalni signal (največkrat binarno kodo) pretvorimo v ustrezen analogni signal (tok, napetost ali električni naboj), katerega lahko naknadno ojačujemo in z njim krmilimo močnostne porabnike. Pri digitalno analogni pretvorbi se največkrat poslužimo sledečih principov generiranja analognega signala:

• Pulzno-širinska modulacija: To je najpreprostejši možni pretvornik, pri katerem je nosilni signal moduliran s pravokotnimi pulzi. Uporablja se predvsem pri močnostnem krmiljenju, ker imajo motorji večji izkoristek pri ON/OFF obratovanju, kot če bi jih krmilili z signali različnih nivojev.
• Pulzno-gostotna modulacija: Modulacija pri kateri se izkorišča 'oversampling' princip, pri katerem notranji konverter z manjšo resolucijo (napr: 1 bit) uporabimo v negativni povratni vezavi s čimer signal pulzno-gostotno moduliramo.



Slika 1: Delta-Sigma pretvornik

• Binarno-obtežitveni metoda: Pri tem principu se za vsak bit generira njegovi uteži ekvivalenten signal, vsi ti pa se nato sešetejejo v izhodni signal. Ta metoda je najhitrejša, ampak tudi najdražja za izvedbo.
• 2R,R uporovna lestvica: To je le ena od možnih izvedb zgoraj omenjene metode, pri kateri se napetostne nivoje generira s pomočjo R,2R uporovne lestvice
• Segmentirani D/A pretvornik: Pri tem pretvorniku se vsak nivo izhodne napetosti generira ločeno od ostalih, kar pomeni da ima 16 bitni konverter naprimer 65535 tokovnih virov ali uporovnih vezij. Takšni konverterji so najhitrejši, najnatančnejši, seveda pa tudi najdražji.

Izvedba 2R,R uporovne lestvice

Referenčna napetost Ur je nujna napetost pri tovrstnih pretvornikih. Z njo so določene izhodne vrednosti napetosti D/A pretvornikov oziroma napetosti logične 1 pri A/D pretvorniku. Referenčna napetost ima ponavadi vrednost 1.3V, 2.5V in 5V, ter je prvi najpomembnejši napetostni signal pretvornika, ki mora biti stabilen, precizen. Če imamo še tako natančen in kvaliteten pretvornik, nam nestabilna referenčna napetost pokvari pretvorbo. Torej pri 1% netočnosti ref. nap. bodo vse pretvorbe najmanj 1% nenatančne.

4-bitni D/A dekodirnik z 2R, R uporovno lestvico

Pravilnost pretvorbe lahko preverimo preko metode superpozicije. Na izhodu dobimo isto vrednost Uao, če damo na vhod najprej kodno besedo D1, potem D2 in prispevke seštejemo, ali pa če damo na vhod kodno besedo, ki je vsota besed D1 in D2.

A/D PRETVORNIK

Na sliki3 je prikazana shema 4-bitnega A/D pretvornika. Kot nam že ime pove nam A/D pretvornik pretvarja iz analogne napetosti v digialno, postopek pretvarjanja je torej obraten kot pri D/A pretvorniku. A/D pretvornike uporabljamo za pretvorbo analognih signalov iz procesa (senzorjev, aktuatorjev,...) v digitalne signale, katere dobljene nam lahko obdela naš krmilnik oziroma mikroprocesor. A/D pretvornik si pri pretvarjanju pomaga z primerjalnim vezjem. Primerjalno vezje je glavni sestav A/D pretvornika, boljše kot to je boljši je naš A/D pretvornik.

PRIMERJALNIK

To je električno vezje, ki primerja dva signala. Izhod Uout je digitalna informacija, ki pove kateri od vhodnih signalov je večji. Primerjalnik je prva glavna povezava med analognim in digitalnim svetom. Uporabljajo ga vsi pretvorniki, tako A/D kot D/A. Slika4 in Slika5 prikazujeta prvo predstavitev primerjalnika.

Napetostni primerjalnik

Primerjalnik je lahko realiziran z operacijskim ojačevalnikom (OO), imamo pa samostojna vezja – komparatorje, to so operacijski ojačevalniki brez zakasnilnega člena RC. Ta vezja so integrirana v enakem ohišju z enako razporeditvijo nožic, da ko da jih lahko v vezju na plošči enostavno lahko zamenjamo z operacijskim ojačevalnikom. Operacijski ojačevalnik ima torej integriran zakasnilni RC člen, da prepreči prehiter prehod izhoda v nasičenje pri večjih diferencialnih Ud napetostih. Iz tega izhaja tudi problem SLOW RATE.

Trije razlogi zakaj ne uporabljamo operacijskih ojačevalnikov za primerjalna vezja:

a) OO ima povratno vezavo, kar pomeni da so frekvenčno kompenzirani in imajo vgrajen RC člen, to pa pomeni počasno primerjanje vhodnih signalov med sabo.
b) OO ves čas teži k temu da ima diferencialno napetost čim manjšo. Zaradi tega so narejeni za majhne vrednosti Ud. To je do 2 V. Primerjalniki pa prenesejo napetosti do 30V.
c) Primerjalniki imajo prilagojen izhod (do 5V) za priključitev na CMOS celice oziroma mikroprocesorje. OO pa svoj izhod dvigne v nasičenje že pri majhni Ud, kar bi pomenilo uničenje CMOS celic oziroma mikroprocesorja.

Primerjalnik – ugotavljanje Ux

Primer uporabe prikazuje zgornja slika. Napetost na neinvertirajočem vhodu Ux primerjamo s kvantizirano vrednostjo referenčne napetosti. Števec povečuje svojo vrednost in s tem napetost na invertirajočem vhodu toliko časa dokler ne preraste Ux. Takoj za tem se vrednost števca zmanjša in potem spet poveča. Torej smo ves čas v nekem območju med dvema nivojema.

Ta prispevek je na portalu Publikacije.net objavil/a leskovsek dne 2006-10-06.

Ocenite prispevek:

5 out of 54 out of 53 out of 52 out of 51 out of 5 

# of Ratings = 5 | Rating = 4.8/5