2016.10.26 digitalteknikk - adc og dac - studieveiledning for onsdag 26.10.2016 - 2 byau 15-18 - v.14 hd ADC DAC Sven Åge Eriksen Fagskolen Telemark

1. DAC.
ADC
DAC.
ADC .
ADC
DAC
DAC.
ADC
26.10.2016
v.HD 14
DIGITALTEKNIKK
ADC
DAC

2. FØRST LITT HMS:
SYKLER DU TIL JOBBEN ?
HAR BILEN VIKEPLIKT ?
1 SYKLIST BLIR DREPT HVER MND I TRAFIKKEN I NORGE

3. Syklisten har vikeplikt !

4. UNIVERSET: ANALOGT ELLER DIGITALT ?

5. Studieveiledning til WEB
Onsdag 26/10-16: 16:00 – 20:00
.
2.kl BYAU 2015-2018, klasserom Gyda
Emne 05, Elektroniske systemer
ADC og DAC
Sven Åge Eriksen, sven.age.eriksen@t-fk.no, tlf 416 99 304, Fagskolen Telemark
Kildemateriale:
Lærebok Elektroniske systemer, GYLDENDAL, ISBN 978-82-05-27456-3
Egne notater og bilder / figurer fra Internett
ANALOG
ANALOG
ANALOG

6. Forventet læringsutbytte:
Kjenne til ADC og DAC
Hvorfor vi har bruk for disse systemene
Hva brukes de til
Hvor brukes de
Hvordan fungerer de
Ha full kontroll på BITS og BYTES
At oppløsningen på ADC / DAC er avhengig av antall bit på systemet
Kjenne igjen kretser som fungerer som ADC / DAC
Å kunne beregne oppløsningen på DAC og ADC vha område og antall bit
At oppløsningen påvirker nøyaktigheten, men at flere faktorer påvirker
nøyaktigheten

7. DAC:
ADC:

8. Elektroniske systemer side 97
AD- og DA - OMFORMERE

9. 1 BYTE = 8 BITS

11. Kompendium side 1

12. Kompendium side 1
LSB - MSB
Least Significant Bit – Most Significant Bit

13. Kompendium side 3

14. Kompendium side 1

15. Husk at tallet null er like viktig som de andre tallene i
digitalteknikk og alle tallsystemer !

16. 500 KR
050 KR
005 KR
HER SER VI TYDELIG AT
SIFFERPOSISJONEN HAR
STOR BETYDNING, SELV
OM TALLET 5 ER DET
SAMME !

17. 2 – tallsystemet – det binære tallsystemet
Grunntallet er 2 - Det er 2 mulige verdier: 0 og 1
Tallposisjonene
har forskjellig
vektlegging:
1. tallposisjon har verdien: 20 = 1
2. tallposisjon har verdien: 21 = 2
3. tallposisjon har verdien: 22 = 4
4. tallposisjon har verdien: 23 = 8
5. tallposisjon har verdien: 24 = 16
6. tallposisjon har verdien: 25 = 32
7. tallposisjon har verdien: 26 = 64
8. tallposisjon har verdien: 27 = 128
9. tallposisjon har verdien: 28 = 256
10. tallposisjon har verdien: 29 = 512

18. 2 – tallsystemet – det binære tallsystemet
Grunntallet er 2 - Det er 2 mulige verdier: 0 og 1
Tallposisjonene
har forskjellig
vektlegging:
11. tallposisjon har verdien: 210 = 1024
12. tallposisjon har verdien: 211 = 2048
13. tallposisjon har verdien: 212 = 4096
14. tallposisjon har verdien: 213 = 8192
15. tallposisjon har verdien: 214 = 16384
16. tallposisjon har verdien: 215 = 32768
17. tallposisjon har verdien: 216 = 65536

20. Gigabyte (GB) er måleenhet
for datalagringskapasitet. En
gigabyte (utledet fra SI-
prefikset giga-) er en enhet for
informasjon eller
datalagringskapasitet, og betyr
enten nøyaktig én milliard
bytes (10003 eller 109) eller
omtrent 1,07 milliarder bytes
(10243). For å minske
forvirringen rundt dette er det
innført en enhet gibibyte
som alltid betyr 1 073 741 824
(10243 eller 230) bytes.

21. 20 = 1
21 = 2
22 = 4
23 = 8
24 = 16
25 = 32
26 = 64
27 = 128
28 = 256
29 = 512
210 = 1 024
211 = 2 048
212 = 4 096
213 = 8 192
214 = 16 384
215 = 32 768
216 = 65 536
217 = 131 072
218 = 262 144
219 = 524 288
220 = 1 048 576
221 = 2 097 152
222 = 4 194 304
223 = 8 388 608
224 = 16 777 216
225 = 33 554 432
226 = 67 108 864
227 = 134 217 728
228 = 268 435 456
229 = 568 870 912
230 = 1 073 741 824
231 = 2 147 483 648
AD / DA – OMFORMERE FINNES NORMALT I 6 – 30 BIT, f.eks 6, 8, 12, 16, 20, 24, 30
210 = 1 024 = 1K 220 = 1 048 576 = 1M 230 = 1 073 741 824 = 1G

22. DIGITAL / ANALOG ILLUSTRASJON:
Digital: Trinnvis
Analog: Kontinuerlig
(bølge)

23. DAC:DIGITAL-ANALOG
ADC: ANALOG-DIGITAL

25. Digitale systemer jobber med digitale signaler:

26. Digitale systemer jobber med digitale signaler:

32. Slik regner vi ut oppløsningen i digitale systemer:
2-bits system:
3 trinn: 22 -1 = 4-1 = 3Hvis området er 0-10 VDC,
blir hvert trinn på 3,333 V:
10V / 3 = 3,333 V
3,333 V
3,333 V
3,333 V

33. Slik regner vi ut oppløsningen i digitale systemer:
3-bits system:
7 trinn: 23 -1 = 8-1 = 7Hvis området er 0-10 VDC,
blir hvert trinn på 3,333 V:
10V / 7 = 1,428 V
1,42 V
1,42 V
1,42 V
1,42 V
1,42 V
1,42 V
1,42 V 1
2
3
4
5
6
7
LSB
MSB

34. Hvis området er 0-10 VDC,
hva blir hvert trinn på her ?
0-10 VDC
ADC

35. Hvis området er 0-10 VDC,
hva blir hvert trinn på her ?
0-10 VDC
ADC
4-bits system:
15 trinn:
24 -1 = 16-1 = 15
10V / 15V = 0,67V

37. OPPGAVE:
Firmaet du jobber i, skal bytte ut den gamle analoge vekta
på lageret og du skal designe og beregne dette nye
veiesystemet.
Vekta skal veie opp til og med 100 kg og ha en oppløsning
på 1g.
Økonomen i innkjøpsavdelingen har allerede kjøpt inn en
billig veiecelle med område 0-200 kg og en 12-bits AD-
omformer som leverandøren anbefalte.
Kan du beregne om du oppnår ønsket spesifikasjon med
de innkjøpte delene og hvis ikke, hva må du bytte ut ?
OPPGAVE !

38. 20 = 1
21 = 2
22 = 4
23 = 8
24 = 16
25 = 32
26 = 64
27 = 128
28 = 256
29 = 512
210 = 1 024
211 = 2 048
212 = 4 096
213 = 8 192
214 = 16 384
215 = 32 768
216 = 65 536
217 = 131 072
218 = 262 144
219 = 524 288
220 = 1 048 576
221 = 2 097 152
222 = 4 194 304
223 = 8 388 608
224 = 16 777 216
225 = 33 554 432
226 = 67 108 864
227 = 134 217 728
228 = 268 435 456
229 = 568 870 912
230 = 1 073 741 824
231 = 2 147 483 648
AD / DA – OMFORMERE FINNES NORMALT I 6 – 30 BIT, f.eks 6, 8, 12, 16, 20, 24, 30
210 = 1 024 = 1K 220 = 1 048 576 = 1M 230 = 1 073 741 824 = 1G

39. Fra målebrua går signalet til en AD-omformer
Oppgave 10, kap 2:
I både oppgave a) og b) er målebrua balansert, dvs at det ikke går noen strøm gjennom
galvanometerkretsen, da blir formelen enkel. Alle resistansene må være like eller forholdet mellom 2 og
2 overfor hverandre må være like, slik at spenningen ved D og B er like.
Ved balansert målebru er R2/R1 lik Rx/R3,
da vil spenningen ved D og B være like.
Det sto feil formel i vedlegget i FRONTER, men
jeg rettet det 23/9.
Målebru fungerer som en vekt:

40. Båndvekter bruker Wheatstone målebru til å
beregne hvor mye materiale som passerer båndet

41. Siloer bruker ofte Wheatstone målebru til å
beregne hvor mye materiale som er i siloen

42. Elektronikk og data, Kåre Øen -02, side 13

43. Temperaturmåling
• Måling av temperaturer er avgjørende på mange områder, bla i industrielle prosesser,
helse, varme og energi
• Konvensjonell temperaturmåling er basert på varmeutvidelseskoeffisienter til ulike
materialer som kvikksølv og etanol, og avlesningen gjøres med det blotte øye
• Moderne temperaturmålere er transducere: Temperatur-avlesningen konverteres til
en spenning eller strøm som er proporsjonal med temperaturen
29.04.2016 INF 1411 43

44. Temperaturmåling (forts)
• Det benyttes i dag hovedsaklig tre typer transducere:
• Termokoblinger
• Temperaturavhengig resistans
• Termistorer
• Alle er har begrensinger i temperatur-område, presisjon,
linearitet og dynamikk
• Begrensningene trekker i motsatt retning: Høy presisjon
gir lite temperaturområde
• Ikke-linearitet kan relativt enkelt kompenseres
29.04.2016 INF 1411 44

45. Termokoblinger
• Termokoblinger er sensorer som baserer seg på Seebeck-
spenningen
• Hvis to ulike metaller eller legeringer forbindes, oppstår
det et elektrisk felt i overgangen i størrelsesorden mV
• Feltet øker tilnærmet lineært proporsjonalt med
temperaturen
• Termokoblinger kan måle fra -250 til 2000o C, men for en
gitt metallkombinasjon er området mye mindre
29.04.2016 INF 1411 45
Heat
Metal A
Metal B
VAB
+
-

46. Termokoblinger (forts)
• Enhver metall-metall overgang vil lage et elektrisk felt, derfor vil
tilkoblingen til en termokobling innføre en ekstra termokobling
• Man må kompensere for den uønskede parasittspenningen
29.04.2016 INF 1411 46

47. Termokoblinger (forts)
• En teknikk er å bruke en referansetemperatur (f.eks
isvann med 0 grader) med en ekstra termokobling
• Referansen gjør at man introduserer en ny
termokobling med kjent temperatur og kjent Seebeck-
spenning, og denne kan trekkes fra den målte
spenningen i den ønskede måleproben
29.04.2016 INF 1411 47

48. Termokoblinger (forts)
• Det er ikke praktisk med ismaskin for å lage
referansetemperatur
• Bedre å bruke temperaturavhengig strømkilde for å
kompensere for en ekstra Seebeck-spenning
29.04.2016 INF 1411 48
Copper (Cu)
CuConstantan
Strømkilden genererer en spenning i en resistor
som matcher den uønskende
termokoblingsovergangen
Measuring
thermocouple
Av AvVT
+V
VT
+ -
+
-
Vc
Ic
Cu
En uønsket termokoblingsspenning
oppstår mellom kobber og konstantan-
overgangen.
Den uønskede termokoblings-
spenningen kanselleres av Vc.
+-
Output er kun
funksjon av VT.

49. Resistansedetektorer
• En annen type temperaturmåler bruker temperaturavhengig resistans (RTD)
• RTD’er har også problem med parasitteffekter, fordi tilkoblingslederne også
tilfører temperaturavhengig resistans
• Temperaturen måles enten ved å måle spenningsfallet over en motstand
med konstant strøm, eller endringen i resistans i en brokobling , f.eks
Wheatstonebro
29.04.2016 INF 1411 49

50. Termistorer
• Termistorer er en type halvleder hvor resistansen
synker med økende temperatur
• Termistorer har logaritmisk (ikke-lineær) karakteristikk
29.04.2016 INF 1411 50
 Termistorer har smal bånd-bredde,
men er raske, presise og billige
 Brukes bla integrert på CPU’er for å
styre viftehastighet
 Termistorer kan også brukes i
brokoblinger

51. Måling av strekk, trykk og væskestrøm
• Strekk eller bøyning kan måles med en mostandstråd som
ender motstand ved mekanisk påvirkning (piezoresistivitet)
29.04.2016 INF 1411 51

52. Måling av strekk, trykk og væskestrøm
• Samme oppsett som for temperaturmåling brukes for
trykk- og strekkmåling
• Trykk og strekk er enklere å måle fordi det ikke er
nødvendig å kompensere i like stor grad
29.04.2016 INF 1411 52

53. Måling av strekk, trykk og væskestrøm
• Trykk kan måles ved å feste en strekksensor på en fleksibel membran
• Væskestrøm kan måles ved å beregne trykkforskjellen mellom to punkter med ulik
diameter
29.04.2016 INF 1411 53

54. Måling av akselerasjon
• Akselerasjonsmåling brukes i en lang rekke
anvendelser:
• Tekniske anvendelser, bla kollisjonsputer,
vibrasjonsmålinger, seismisk aktivitet, hastighet,
posisjonering osv
• Industrielle anvendelser, bla overvåkning av
vibrasjoner og rotasjonshastighet, måling av G-krefter
i luft- og romfart
• Biologiske anvendelser: Sporing av dyr, energiforbruk
• Medisinske anvendelser: Hjertekompresjon,
skrittellere
• Forbrukerelektronikk, bla roteringsfunksjon smart
phones og kameraer, spillkonsoller, bildestabilisator i
kamera, fallbeskyttelse i harddisker
29.04.2016 INF 1411 54

55. Akselerasjonsmålere
• Tre vanlige sensortyper for akselerasjon er basert på
• Piezoelektrisitet
• Piezoresistivitet
• Variabel kapasitans, resistans eller induktans
• Finnes i tillegg en rekke andre varianter basert på
disse
• Felles for alle er at en endring i hastighet fører til
endring i kapasitans/resistans/induktans eller
spenning
29.04.2016 INF 1411 55

56. Piezoelektrisitet
• Piezoelektrisitet oppstår når
ladning akkumuleres i visse typer
faste stoffer pga mekanisk
påvirkning
• Effekten er reversibel
• Når den mekaniske påvirkningen
fjernes, endres det elektriske feltet
tilbake til det opprinnelige
• Motsatt effekt kan brukes til å
lage ultralyd og elektromotorer
• Ved å sette spenning på et materiale
skapes bevegelse
29.04.2016 INF 1411 56

57. Piezoresistivitet
• Samme effekt som piezoelektrisitet, men her endres resistansen som følge av
mekanisk påvirkning
• Imidlertid er det ingen reversibel effekt (ikke mulig å endre resistans for å generere
mekanisk bevegelse)
29.04.2016 INF 1411 57

58. Variabel kapasitans
• Ved å la en plate på
kondensatoren være fast og den
andre bevegelig, vil kapasitansen
endres ved endring i bevegelse
• Endringen i konduktans kan
måles med en Wheatstonebro
29.04.2016 INF 1411 58

59. AD og DA-konvertering
• Verden er stort sett analog, dvs alt er kontinurerlige
verdier
• Kjernen i beregningssystemer er som regel digital
29.04.2016 INF 1411 59
Digitalt
system
Analog til
Digital
konverter
Digital til
Analog
konverter
Analoge
signaler
Analoge
signaler

60. AD og DA-konvertering (forts)
• For å kunne kommunisere med omverdenen trengs kretser for
• Konvertering av analoge signaler til digitale signaler (ADC)
• Konvertering av digitale signaler til analoge signaler (DAC)
• Det finnes en rekke ulike strategier for ADC og DAC med forskjellig
• hastighet
• nøyaktighet
• effektforbruk
• pris
• Kravet til oppløsning er som regel gitt av det digitale systemet
29.04.2016 INF 1411 60

61. Analog-til-digital konvertering
• En datamaskin har flere enheter knyttet til seg som kan ses på som AD-
konvertere:
• Tastatur
• Mus
• Mikrofon
• Alle omformer analoge signaler til digital representasjon i datamaskinen
• Den vanligste ADC’en konverterer en analog spenning til et bitmønster, dvs én
signallinje inn (analog) og N signallinjer ut (en linje for hvert bit)
29.04.2016 INF 1411 61

62. Analog-til-digital konvertering (forts)
• Vs er den spenningen som brukes for å angi logisk ’1’, mens Bi enten er ’0’ eller ’1’, så VsBi er derfor enten
0 volt eller Vs volt
29.04.2016 INF 1411 62
ADCVin
B0Vs
B1Vs
BN-1Vs
N bit

63. HVA ER DETTE ?

64. HVA ER DETTE ?

65. HVA ER DETTE ?

66. HVA ER DETTE ?

70. Elektroniske systemer side 97
DA - OMFORMER

71. Elektroniske systemer side 97
DA - OMFORMER
Hva slags operasjonsforsterkerkobling er dette ?

72. Elektroniske systemer side 97
DA - OMFORMER
INVERTERENDE SUMMERENDE FORSTERKER

73. Elektroniske systemer side 98
DA - OMFORMER

74. Elektronikk og data, Kåre Øen -02, side 15

75. Elektronikk og data, Kåre Øen -02, side 15

76. Elektroniske systemer side 98
DA – OMFORMER: Normalt 6-32 bit

77. Elektroniske systemer side 98
DA - OMFORMER

78. Elektroniske systemer side 98
DA - OMFORMER
Figur 3.54 Tilkobling av en åttebiters DA-omformer til en 8-bits databuss

79. DA – OMFORMER
Oppgave:
Analogt utgangssignal skal være
0 – 10 VDC
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 4-bits DAC ?
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 8-bits DAC ?
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 12-bits DAC ?
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 16-bits DAC ?
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 30-bits DAC ?

80. 20 = 1
21 = 2
22 = 4
23 = 8
24 = 16
25 = 32
26 = 64
27 = 128
28 = 256
29 = 512
210 = 1 024
211 = 2 048
212 = 4 096
213 = 8 192
214 = 16 384
215 = 32 768
216 = 65 536
217 = 131 072
218 = 262 144
219 = 524 288
220 = 1 048 576
221 = 2 097 152
222 = 4 194 304
223 = 8 388 608
224 = 16 777 216
225 = 33 554 432
226 = 67 108 864
227 = 134 217 728
228 = 268 435 456
229 = 568 870 912
230 = 1 073 741 824
231 = 2 147 483 648
AD / DA – OMFORMERE FINNES NORMALT I 6 – 30 BIT, f.eks 6, 8, 12, 16, 20, 24, 30
210 = 1 024 = 1K 220 = 1 048 576 = 1M 230 = 1 073 741 824 = 1G

81. DA – OMFORMER OPPGAVE LØSNING:
Analogt signal er 0 – 10 VDC
.
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 4-bits DAC ?
Oppløsning = 10/15 = 0,67V ( 10 / 24 -1)
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 8-bits DAC ?
Oppløsning = 10/255= 39,2mV ( 10 / 28 -1)
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 12-bits DAC ?
Oppløsning = 10/4095= 2,44mV ( 10 / 212 -1)
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 16-bits DAC ?
Oppløsning = 10/65535 = 0,153mV ( 10 / 216 -1)
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 30-bits DAC ?
Oppløsning = 10/ 1 073 741 823 = 9,31nV ( 10 / 230 -1)

82. Elektroniske systemer side 99
AD - OMFORMER
Kan dere gi eksempler der en gjør om fra analoge til digitale
signaler og hvorfor det er behov for dette ?

83. Elektronikk og data, Kåre Øen -02, side 13

84. Elektronikk og data, Kåre Øen -02, side 13

85. Elektronikk og data, Kåre Øen -02, side 14

86. Elektronikk og data, Kåre Øen -02, side 14

87. Elektroniske systemer side 99
AD - OMFORMER

88. Elektroniske systemer side 100
AD - OMFORMER

89. Elektroniske systemer side 100
AD - OMFORMER

90. AD – OMFORMER
Oppgave:
Analogt signal er 0 – 256 VDC
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 4-bits ADC ?
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 8-bits ADC ?
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 12-bits ADC ?
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 16-bits ADC ?
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 16-bits ADC ?

91. 20 = 1
21 = 2
22 = 4
23 = 8
24 = 16
25 = 32
26 = 64
27 = 128
28 = 256
29 = 512
210 = 1 024
211 = 2 048
212 = 4 096
213 = 8 192
214 = 16 384
215 = 32 768
216 = 65 536
217 = 131 072
218 = 262 144
219 = 524 288
220 = 1 048 576
221 = 2 097 152
222 = 4 194 304
223 = 8 388 608
224 = 16 777 216
225 = 33 554 432
226 = 67 108 864
227 = 134 217 728
228 = 268 435 456
229 = 568 870 912
230 = 1 073 741 824
231 = 2 147 483 648
AD / DA – OMFORMERE FINNES NORMALT I 6 – 30 BIT, f.eks 6, 8, 12, 16, 20, 24, 30
210 = 1 024 = 1K 220 = 1 048 576 = 1M 230 = 1 073 741 824 = 1G

92. AD – OMFORMER OPPGAVE LØSNING:
Analogt signal er 0 – 256 VDC
.
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 4-bits ADC ?
Oppløsning = 256/16 = 16V (28 / 24 )
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 8-bits ADC ?
Oppløsning = 256/256= 1V (28 / 28 )
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 12-bits ADC ?
Oppløsning = 256/4096= 62,5mV (28 / 212 )
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 16-bits ADC ?
Oppløsning = 256/65536 = 3,9mV (28 / 216 )
Hvor mange volt får du i oppløsning med en 32-bits ADC ?
Oppløsning = 256/ 1 073 741 824 = 23,8nV (28 / 230 )

93. Elektroniske systemer side 100
AD - OMFORMER

94. Elektroniske systemer side 100
AD - OMFORMER

95. ADC med teller
29.04.2016 INF 1411 95
Binærteller
DAC+
_
Analog input
Klokkesignal
Komparator
Va
Vd
MSB
LSB
Digital
output
Nullstill

96. ADC med teller (forts)
• Så lenge Va er mindre enn Vd, vil telleren fortsette å telle
• Avrundingsfeilen skyldes at den digitale telleren har endelig oppløsning
29.04.2016 INF 1411 96
Klokkepuls
Spenning
Vd
Va
Avrundingsfeil

97. ADC med teller (forts)
• Avrundingsfeilen kan gjøres vilkårlig liten ved å øke antall bit i telleren og det digitale
signalet
• Jo flere bit, desto langsommere blir ADC’en
• For å konvertere Va, trengs Vd/Va antall klokkesykler
• Største ulempen med denne ADC’en er at den ikke klarer å følge det analoge signalet
hvis det varierer over tid, med mindre man nullstiller telleren og starter på nytt
• Hvis man erstatter den binære telleren med en opp-ned teller kan man følge
tidsvarierende signaler bedre
29.04.2016 INF 1411 97

98. ADC med opp/ned teller
29.04.2016 INF 1411 98
U/D-teller
DAC+
_
Analog input
Klokkesignal
Komparator
Va
Vd
MSB
LSB
Digital
output
Nullstill
Opp/Ned kontroll

99. ADC med opp/ned teller
ADC med vanlig teller
29.04.2016 INF 1411 99
Cp
V
Vd
Va
Cp
V
Vd
Va
ADC med opp/ned teller
 I motsetning til ADC med vanlig teller, vil det minst signifikante bitet
endre verdi rundt Va selv når Va ikke endrer seg

100. ADC med suksessiv tilnærming
• Tellende ADC’er trenger i verste fall 2N intervaller for å telle
opp til riktig spenning
• Istedenfor en teller kan man bruke en bruke en
programmerbar enhet som gjør et binærsøk etter riktig
verdi, og den trenger maks N intervaller for å finne
spenningen
• Enheten starter med å sette ’1’ i MSB og de andre bit’ene til
’0’.
• Hvis Vd fortsatt er lavere enn Va, settes det nest mest signifikante
bit’et til 1.
• Hvis Vd er høyere enn Va, settes det mest signifikate bitet til 0 og de
resterende til 1
• Prosessen over gjentas helt til det er det minst signifikante
bitet som må endres.
29.04.2016 INF 1411 100

101. ADC med parallell komparator
• Det tre foregående ADC’ene baserer seg på suksessiv tilnærming
og er relativt langsomme
• En raskere måte er å gjøre sammenligning i parallell uten bruk av
klokkesignaler
• Hastigheten til en ADC med parallellkomparator er begrenset av
tidsforsinkelsen gjennom opamp’er og digital logikk
• Ulempen er at det kreves ekstra hardware:
• N-1 komparator for N bit
• N motstander for N bit
• Hvis hastighet er det viktigste vil man velge denne typen ADC
• Ingen problemer med tidsvarierende input-spenninger
29.04.2016 INF 1411 101

102. ADC med parallell komparator (forts)
• For å forstå denne typen ADC, trenger man å skjønne
hva en prioritetsenkoder gjør
• En prioritetsenkoder er en digital krets som har M
input-linjer og N outputlinjer, hvor 2N ≥ M
• Verdien på de N output-linjene angir det mest
siginifikante bitet i M som har en ’1’
29.04.2016 INF 1411 102
W7 W6 W5 W4 W3 W2 W1 Y1 Y2 Y3
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
0 0 0 0 0 1 1 0 1 0
0 0 0 0 1 1 1 0 1 1
0 0 0 1 1 1 1 1 0 0
0 0 1 1 1 1 1 1 0 1
0 1 1 1 1 1 1 1 1 0
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

103. ADC med parallell komparator (forts)
29.04.2016 INF 1411 103
Prioritets-
enkoder
+
_
+
_
+
_
+
_
Va
V(=konstant)
R
R
R
R
R
7/8 V
6/8 V
2/8 V
1/8 V
W7
W6
W2
W1
Y2
Y1
Y0

104. Dual-slope ADC
• Dette er en mye brukt ADC som er basert på
integrasjon
• Kresten bruker få komponenter og kan lages med så
høy oppløsning som ønskelig
• Området det skal måles i kan også settes ved en
referanse-spenning Vref, og man får samme oppløsning
uavhengig av hva Vref er.
• En av fordelene ved kretsen er at den kan gjøres
immun mot støy i input-signalet, f.eks fra lysnettet (50
Hz)
29.04.2016 INF 1411 104

105. Dual-slope ADC (forts)
29.04.2016 INF 1411 105
Fast
samplingsintervall
Fast utladningsrate
Stort digitalt tall
Middels digitalt tall
Lite digitalt tall

106. Dual-slope ADC (forts)
29.04.2016 INF 1411 106
-
+
-
+
Teller
Nullstill
Cp
Va
Vref
Analog
bryter
Integrator
Komparator
Digitaldel
Analog input
Referansespenning
(negativ)
S1
S2

107. Dual-slope ADC (forts)
• Telleren nullstilles og kondensatoren lades først ut (S1 er
åpen og S2 lukkes)
• Kondensatoren i integratoren lades opp over et fast tids-
intervall (kalt samplingsintervallet) av input-spenningen ved
at S1 kobles til Va og S2 åpnes. Telleren teller ikke
• Jo høyere input-spenning, desto høyere spenning lades
kondensatoren opp til i løpet av samplingsintervallet
• Ved enden av samplingsintervallet kobles så S1 til Vref og
kondensatoren lades ut, samtidig som telleren starter
• Når spenningen har ladet seg ut til Vref, stopper telleren, og
man har da et mål for Va relativt til Vref
29.04.2016 INF 1411 107

108. Digital-til-analog konvertere (DAC)
• Ofte trenger man en analog representasjon av digitale verdier,
f.eks høytalere som er koblet til en PC eller en MP3-spiller
• ADC’er er ofte enklere å lage, og har heller ikke de samme
utfordringene med oppløsning og hastighet
• ADC’er er nesten utelukkende basert på opamp’er og
motstandsnettverk, eventuelt transistorer
• Sammenhengen mellom den digitale og analoge
representasjonen er gitt av
der V0 er den analoge verdien, V er en proporsjonalitetsfaktor og
an bit nummer n i det digitale tallet som skal konverteres
29.04.2016 INF 1411 108
VaaaaaV N
N
n
N
o )2222( 01
1
2
2
2
2
1
1
 -
-
-
-


109. DAC med binærvektet
motsandsnettverk
29.04.2016 INF 1411 109
SN-1
SN-2
SN-3
SN-0
-
+
BitN-1
BitN-2
BitN-3
Bit0
R
2R
4R
2N-1R
-’Vref =’1’
’0’
R’
Vo
Strøm-til spenningskonverter
Eks: MSB=’1’ og de andre bitene =’0’
IR=-VR/R og Vo=VRR’/R
Digital bryter

110. Implementasjon av digitale brytere
29.04.2016 INF 1411 110
Q
Q’
OpAmp inputlinje
-Vref
Q’
OpAmp inputlinje
Vref
-
+

111. Elektroniske systemer side 100
AD - OMFORMER

112. Elektroniske systemer side 100
AD - OMFORMER

113. Oppsummeringsspørsmål
Kapittel 19.1-19.5

114. Spørsmål 1
AD-konvertering vil si
a) Å konvertere et dc-signal til et ac-signal
b) Å konvertere et ac-signal til et dc-signal’
c) Å konvertere et digitalt signal til et analogt signal
d) Å konvertere et analogt signal til et digitalt signal
29.04.2016 INF 1411 114

115. Spørsmål 2
Presisjonen til et digitalt signal
a) Er bestemt av spenningene som benyttes for å kode ‘0’ og
‘1’
b) Er bestemt av antall bit i det digitale ordet
c) Er avhengig av samlingshastigheten
d) Er avhengig av klokkefrekvensen til det digitale systemet
29.04.2016 INF 1411 115

116. En ADC med suksessiv tilnærming
a) Er raskere enn en parallell-ADC
b) Bruker en spenningsfølger for å sammenligne spenninger
c) Trenger i verste fall 2N klokkesykler for et N-bits digitalt ord som representerer en analog
spenning
d) Trenger ikke en DAC for å kontrollere tellingen
Spørsmål 3

117. En ADC med parallellkomparator
a) Trenger ikke et klokkesignal
b) Er langsommere enn en ADC med suksessiv tilnærming
c) Trenger mindre hardware enn en ADC med opp/ned-teller
d) Håndterer ikke spenninger som varierer over tid
Spørsmål 4

118. En dual-slope ADC
a) Baserer seg på derivasjon
b) Har samme oppløsning uavhengig av nivået på referanse-spenningen
c) Er følsom for støy (fra f.eks lysnettet)
d) Har lavere oppløsning enn teller-basert ADC
Spørsmål 5

119. En DAC
a) Gir bedre presisjon på på analog-siden enn på digitalsiden
b) Det er vanskeligere å lage en DAC med høy oppløsning enn en ADC
c) En DAC trenger alltid et klokkesignal
d) Gir aldri bedre oppløsning på det analoge signalet enn på det digitale signalet
Spørsmål 6