ANALOGNODIGITALNI PRETVORNIKI Glede na princip delovanja jih razdelimo

ANALOGNO-DIGITALNI PRETVORNIKI Glede na princip delovanja jih razdelimo na: • • • števne; števne z dvojno strmino; sledilno števne; pretvornike s postopnim približevanjem in pretvornike z neposredno pretvorbo. Naslednja delitev AD-pretvornikov glede na hitrost pretvorbe: • • najbolj počasni so pretvorniki z dvojno strmin; počasni so sledilno števni pretvorniki; srednje hitri so pretvorniki s postopnim približevanjem s frekvenco vzorčenja manjšo od 1 MHz in hitri pretvorniki z neposredno pretvorbo s frekvenco vzorčenja večjo od 1 MHz. Pomembni parametri analogno-digitalnega pretvornika so: • • • prenosna karakteristika, hitrost in način pretvorbe ter ločljivost (korak kvantizacije) in pogreški.

A/D pretvorba - splošno q Naloga A/D pretvornika je pravzaprav dvojna: 1. Vzorčenje – “otipavanje” signala v danih časovnih trenutkih (časovna diskretizacija). 2. Kvantizacija – prirejanje dani analogni vrednosti signala ene izmed (dovoljenih) diskretnih vrednosti. q Z vzorčenjem in kvantizacijo nastane “digitalen signal”. q Obdelava takih signalov spada na področje “digitalne obdelave signalov” (angl. Digital Signal Processing - DSP). q Nekateri tovrstni signali so “večdimenzionalni”, na primer slike in obdelava le-teh je “digitalna obdelava slik” (angl. Digital Image Processing). q Obdelava (digitalnih) signalov je računsko zahtevna. Nekateri procesorji so zasnovani prav za (hitro) obdelavo digitalnih signalov. q Taki procesorji so znani pod oznako “DSP procesorji”. q Obstajajo pa tudi hibridni procesorji. . (DSP mikrokrmilniki).

A/D pretvorba - vzorčenje q Analogni signal ‘vzorčimo’ - zajemamo v enakomernih časovnih trenutkih. q Perioda vzorčenja je ts. Frekvenca vzorčenja je fs = 1/ ts. q Temeljno pravilo vzorčenja frekvenčno omejenega signala [0, F]: fs >= 2 x F q To omogoča popolno rekonstrukcijo prvotnega (analognega) signala. vzorec ts t

Hitrost vzorčenja Nyquistov kriterij vzorčenja: hitrost vzorčenja mora biti 2 x večja od frekvence merjenega signala

A/D pretvorba - vzorčenje q Frekvenca vzorčenja: q Popolna rekonstrukcija signala je možna, če vzorci niso moteni s šumom. Signal je pred pretvorbo priporočljivo frekvenčno omejiti. q Višja frekvenca vzorčenja “ne škodi”, a ni zastonj. q Včasih popolna rekonstrukcija niti ni potrebna. Področje uporabe narekuje, kaj sploh je ‘koristni’ signal. q Frekvenca vzorčenja postane v praksi kompromis, odvisen od: q Hitrosti A/D pretvornika. Za pretvorbo je potreben določen čas. q Prevzema vzorca. Vzorec je potrebno prevzeti in shraniti (v pomnilnik). q Velikosti (med)pomnilnika. Višja je frekvenca vzočenja, več je vzorcev in več pomnilnika potrebujemo.

A/D pretvorba - kvantizacija q Vrednost signala kvantiziramo, to je vrednosti vzorca priredimo najbližjo možno diskretno vrednost. q S tem vnesemo napako – napako kvantizacije ( ). q Na podlagi diskretne vrednosti signala je nemogoče zagotovo sklepati na pravo vrednost prvotnega signala. q To negotovost poimenujemo “kvantizacijski šum”, 2/12. 111 110 101 100 011 010 001 000 001 111 101 011 100 t

Resolucija 3 -bitnega pretvornika 16 -Bit versus 3 -Bit Resolution (5 k. Hz Sine Wave) 10. 00 111 8. 75 7. 50 110 6. 25 101 Amplitude 5. 00 (Volts) 100 3 -bit 011 3. 75 010 2. 50 001 1. 25 0 16 -bit | 0 000 | | 50 100 150 200 Time (ms)

Prenosna karakteristika tribitnega AD-pretvornika

POGREŠKI AD-PRETVORIKOV Idealna prenosna karakteristika

Ničelni pogrešek

Pogrešek diferenčne nelinearnosti

Pogrešek linearnosti

Pogrešek strmine

Hitrost vzorčenja Nyquistov kriterij vzorčenja

A/D pretvornik q Nekaj podatkov A/D pretvornika q Hitrost vzorčenja oziroma čas pretvorbe, q Dinamično območje oziroma območje, v katerem se giblje signal, npr. 0 V 0000, 5 V 1111. q Ločljivost, to je število kvantizacijskih nivojev, na primer 256 ali izraženo v bitih 8 bitna kvantizacija - ločljivost. q Število (analognih) multipleksiranih vhodov (“kanalov”), na primer 8. Analogni vhodi A/D