Ebben az egységben bemutattuk az A/D átalakítókkal kapcsolatos legfontosabb fogalmakat és megismerhettük a leggyakrabban alkalmazott áramkörök felépítését és működését.

 

Az ezekkel kapcsolatos legfontosabb ismeretek a következők:

 

Az A/D átalakítók(ADC -Analog Digital Converter)  működési elve

Az analóg-digitális átalakítás során az a cél, hogy az áramkör bemenetére érkező analóg jelből azzal arányos digitális jel jöjjön létre a kimeneten. Az áramkör bemenetére adható analóg jelet egyenlő részekre kell bontani (minél kisebbekre) és minden tartományhoz egy-egy számot kell rendelni. Látható, hogy így mindig keletkezhet hiba, hiszen egy tartományon belül lévő feszültségértékekhez ugyanazt a digitális jelet rendeli. Azonban ha a feszültséglépcsők értékét csökkentjük, akkor a hiba értéke az elvárt mértékűre csökkenthető. Ezeket a kis feszültségegységeket nevezzük kvantumoknak.

 

Az A/D átalakítók jellemzői

 

A bemeneti feszültség változásának tartománya:

Az A/D átalakító bemenetén beadható analóg jel változásának maximális tartománya.

Átalakítási karakterisztika:

Az A/D átalakító az analóg jel értékeinek egy-egy kis résztartományához rendel egy

digitális értéket. Ezen tartományok határai a komparálási szintek, ezeken belül bármely jelhez ugyanazt az értéket, a tartomány középértékét, a névleges kvantálási szintet fogja rendelni a konverter. Átalakítási karakterisztikának a névleges kvantálási szintekre illeszkedő egyenest tekintjük, a valódi karakterisztika egy lépcsőfüggvény.

Kvantálási hiba (Kvantálási zaj):

A névleges kvantálási szintekre illeszkedő egyenes és a valódi karakterisztika (egy lépcsőfüggvény) eltéréséből adódó átalakítási hiba.

Felbontás:

A felbontást a konverter bitszáma adja meg. Az A/D átalakító jel/zaj viszonyát nagyrészt ez határozza meg.

Konverziós idő (Átalakítási sebesség):

Az az időtartam, amely egy átalakításhoz szükséges. Mértékegysége: (µs) vagy (ms). A mintavételek gyakoriságát határozza meg.

 

Az A/D átalakítók fajtái

 

Az A/D átalakítók felépítésük szerint három csoportba oszthatók:

• Közvetlen (direkt) átalakítók
• Visszacsatolt (Implicit) átalakítók
• Közvetett átalakítók

 

Közvetlen átalakító (flash konverter):

A leggyakrabban használt közvetlen átalakító a flash konverter. Ez az áramkör az átalakítást egyetlen lépésben végzi, így ez a leggyorsabb átalakító típus. Elve igen egyszerű: az átalakításhoz előállítjuk az összes létező kvantálási szintet, és a bemenő jelet az összes szinttel összehasonlítjuk.

Visszacsatolt (Implicit) átalakítók:

Ez az analóg-digitális átalakító egy D/A átalakítót tartalmaz a visszacsatolásban. A vezérlő áramkör segítségével a D/A átalakító digitális D bemeneti jelét megfelelő módon addig változtatjuk, amíg a D/A átalakító UV analóg kimeneti jele el nem éri az átalakító Ube analóg bemeneti jelet és ez a digitális jel lesz a kimenő jel.

Ennek legjobban bevált formája a fokozatos közelítésű A/D (Szukcesszív approximációs) átalakító. Ennél a módszernél az A/D számlálója nem folyamatosan növeli a D/A-ra kerülő jelet, hanem - a sorozatos közelítés elvét használva - először nagyobb, majd egyre finomodó lépésekben, a bitértékeknek megfelelő szintek szerint haladva. Az átalakítási folyamata lényegesen rövidebb, mint az egyéb visszacsatolós átalakítóknál. Itt az eredményt mindig ugyanannyi idő alatt kapjuk meg, a bemenő jel nagyságától függetlenül.

 

Közvetett A/D átalakítók:

Az átalakítók ezen fajtáinál a bemeneti feszültséget előbb valamilyen más analóg jellé (pl. idõ, frekvencia) alakítják át, majd ezen új fizikai mennyiség által hordozott jelet digitalizálják.

Ennek legjobban bevált fajtája a kettős meredekségű integráló (dual-slope) áramkör. A kettős integrálású A/D esetében az átalakítás két részletben történik. Az első fázisban a K kapcsoló a bemeneti feszültséget engedi az integrátorra, majd pedig a referenciafeszültséget. Az átalakítandó feszültségarányt így időaránnyá konvertálja. Az integrálás sok időt vesz igénybe, ezért ez az A/D típus nem alkalmas gyorsan változó jelek digitalizálására, viszont olcsó, pontos és a zavarelnyomása is jó. Digitális feszültségmérőkben használják.