3.4.3 Közvetett A/D átalakítók

iDevice ikon

Számos gyakorlati alkalmazás esetén (pl. digitális voltmérőknél) az átalakítás sebességével szemben nem támasztanak nagy követelményeket, ezért itt előnyösen lehet alkalmazni az egyszerű, de nagy pontosságú közvetett módszereket.

A közvetett analóg-digitális átalakítók elve az, hogy a bemeneti feszültséget előbb valamilyen más analóg jellé (pl. idő, frekvencia) alakítják át, majd ezen új fizikai mennyiség által hordozott jelet digitalizálják. A közvetett átalakítók széles skálája használatos, ezek közül most csak kettőt mutatunk be:

 

Fűrészgenerátoros A/D átalakító

Az idő transzformációs átalakító legegyszerűbb megoldása. Az átalakítandó bemeneti feszültséget először értékével arányos idővé alakítjuk. Ehhez szükség van egy fűrészfeszültséget előállító integrátorra és egy komparátorra. Az átalakítás a fűrészjel előállító integrátor elindításával kezdődik. A komparátor összehasonlítja az Ufűrész és az Ube feszültségeket. Amíg Ube>Ufűrész, addig a kimenete logikai „1"-es értéken van, és egy előre-számláló számolja egy órajel generátor által szolgáltatott impulzusokat. Amikor az Ufűrész eléri az Ube értékét, akkor a komparátor kimenet logikai 0-ra vált és letiltja az órajel impulzusokat (vagyis a számlálás megáll). Átalakítás kezdetéből eltelt tx idő és a megszámolt impulzusok száma egyenesen arányos a bemeneti Ux feszültség értékével. Minden mérés után nulláznunk kell a számlálót.

Megjegyzés: A fűrészgenerátor kisebb módosításával lehetőség nyílik pozitív és negatív feszültség átalakítására is. Feltétele, hogy a fűrészgenerátor Ufűrész feszültsége negatívtól pozitív értékek irányába változzon. Pontossága nagymértékben függ a felhasznált alkatrész minőségétől. Átalakítás pontosságát alkatrészek hőmérsékletfüggése és hosszú idejű stabilitása is befolyásolja.

Hátránya: a zavarérzékenységük viszonylag nagy és ez, korlátozza a felbontóképességet.

 

Kettős meredekségű integráló (Dual Slope Integration) A/D átalakító

A legelterjedtebb típusok közé tartozik, mentes az előző átalakítók hibáitól.

Egyféle polaritású feszültség mérésére alkalmas. A teljes működési ciklus két szakaszból áll (25. ábra).

 

 

25. ábra    
Kettős meredekségű A/D átalakító

 

Kettős integrálású (dual-slope) A/D átalakító működése

A kettős integrálású A/D esetében az átalakítás két részletben történik. Az első fázisban a K kapcsoló a bemeneti feszültséget engedi az integrátorra, ezt egy állandó t0 ideig integráljuk. A t0 idő eltelte után a vezérlő áramkör átkapcsolja a kapcsolót a „-UR" stabil, állandó referenciafeszültségre, ezt a referenciát addig integráljuk, amíg a kondenzátor feszültsége 0-ra esik (ez tx ideig tart). Ezt a komparátor érzékeli és jelzi a vezérlő felé (26. ábra). Minél nagyobb az Ube feszültség, annál meredekebb a jelintegrálási szakasz, annál nagyobb a visszaintegrálási ideje és ezzel együtt az nx értéke is.

 

 

26. ábra    
Az integrálás folyamata

 

A vezérlő a t0 időt meghatározott számú órajel-impulzus számolásával állítja elő, és ugyanezen órajelek számlálásával méri a tx idõt úgy, hogy logika az átalakítás kezdetén nullázza a számlálót. Az átalakítandó feszültségarányt így időaránnyá konvertáltuk.

Az integrálás sok időt vesz igénybe, ezért ez az A/D típus nem alkalmas gyorsan változó jelek digitalizálására.

A kettős integrálási eljárás olcsó és pontos, zavarelnyomása is jó. Viszonylag nagy átalakítási ideje nem zavaró. Nem kell feltétlenül bináris számlálónak lennie, a működési elve változatlan, ha pl. BCD számlálót alkalmazunk annak eredménye jól használható a digitális voltmérőkben.