6/9/2014
Složene mreže
A/D konvertori. Vanr.prof.dr.Lejla Banjanović‐
Mehmedović
Složene mreže
 Aritmetička kola se prvenstveno realizuju
kombinacionim mrežama pri čemu se za njihovo upravljanje koriste logički automati.  D/A i A/D pretvarači pored obje vrste (kombinacionih i sekvencijalnih) digitalnih elemenata sadrže i analogna kola.
 Memorije su po prirodi sekvencijalne mreže kod kojih se upravljanje realizuje kombinacionim mrežama.
PLS_11
Složene mreže
1
6/9/2014
Aritmetičke jedinice
 Aritmetičke jedinice sačinjavaju osnovu proračuna u računarima.  Aritmetičke jedinice ‐ su kombinacione mreže
 vrijednosti na ulazima posmatraju kao binarne brojeve
 pomoću odgovarajućih mreža formiraju rezultat željene aritmetičke operacije.  Sabirači
 Množači
 Aritmetički komparatori.
PLS_11
Složene mreže
D/A konvertori
 Koristi se prirodni binarni kod  Pomoću koda veličine n bita moguće je definisati 2n različitih izlaznih vrijednosti za napon. (a) Šematska oznaka D/A konvertora i (b)
njegova prenosna karakteristika
PLS_11
Složene mreže
2
6/9/2014
Struktura D/A konvertora
 Blok šema digitalno/analognog konvertora
PLS_11
Složene mreže
Struktura D/A konvertora
 Centralni dio D/A konvertora je otpornička mreža, čija je uloga djeljenje osnovnog signala. Odnos djeljenja se podešava pomoću analognih prekidača. Upravljanje prekidačima mogu direktno da vrše bitovi ulaznog broja ali se može desiti da za dobijanje tačnog
rezultata je neophodno izvršiti konverziju tog broja u neki drugi kodni sistem neki drugi kodni sistem.  Izlazni signal otporničke mreže je moguće direktno koristiti ali se obično prije toga propušta kroz stepene za pojačavanje i filtraciju.
PLS_11
Složene mreže
3
6/9/2014
Direktni D/A konvertor
Principska šema direktnog D/A kovertora.
PLS_11
Složene mreže
Direktni D/A konvertor
 Otpornička mreža kod takozvanog direktnog pretvarača se sastoji od redne veze otpornika istih vrijednosti. Svaka moguća vrijednost diskretnog napona je na raspolaganju u tačkama spajanja dva otpornika. Od svih prekidača, istovremeno je samo jedan uključen, koji se određuje na osnovu ulazne kodne riječi i tako se izabrana vrijednost napona propušta na izlaz (UK). Neophodo birati takav kodni sistem kod kojeg se u svakoj kodnoj riječi nalazi samo jedna jedinica ili se ovaj problem rješava uvođenjem dekodera ili kodnog pretvarača.
PLS_11
Složene mreže
4
6/9/2014
4‐bitni D/A konvertor
D/A konvertor realizovan
težinskom otporničkom mrežom
 Diskretni izlazni napon koji odgovara ulazoj kodnoj rječi:
PLS_11
Složene mreže
D/A konvertor sa ljestvičastom otporničkom mrežom
D/A konvertor realizovan ljestvičastom otporničkom
mrežom R-2R.
Qi bitovi ulazne kodne riječi.
PLS_11
Složene mreže
5
6/9/2014
Princip rada A/D konvertor
 Zadaci:
Diskretizacija po vremenu
2. Diskretizacija po amplitudi
3. Formiranje diskretizovane vrijednosti
1.
Prenosna karakteristika trobitnog A/D konvertora
PLS_11
Složene mreže
Princip rada A/D konvertora
 Diskretizacija po vremenu‐ u pravilnim vremenskim razmacima uzeti uzorke iz analognog signala. Proces pretvaranja nije trenutan i zbog toga je neophodno tako odabrati periodu uzorkovanja da se konverzija prethodnog uzorka završi prije uzimanja narednog.
 Diskretizacija po amplitudi ‐ Upoređivanje uzorka sa vrijednostima na jednoj diskretnoj skali. Kao rezultat upoređivanja, vrijednost uzorka se zamjenjuje jednim brojem sa ove skale koji je najbliži po vrijednosti uzorku.  Formiranje izlaznog koda koji odgovara diskretizovanoj vrijednosti. Ovaj proces se obavlja prema unaprijed definisanoj prenosnoj karakteristici A/D konvertora. PLS_11
Složene mreže
6
6/9/2014
Struktura A/D konvertora
 Postoje tri različita rješnja za današnje A/D konvertore:  direktni (engl.: flash) tip,  rješenje sa postepenim približavanjem (sukcesivnom aproksimacijom) i  sa postupkom brojanja.
PLS_11
Složene mreže
Direktni A/D konvertor
Direktni A/D konvertor sa trobitnim izlazom
PLS_11
Složene mreže
7
6/9/2014
Direktni A/D konvertor
 Direktni D/A konvertor u slučaju n‐bitnih kodova sadrži 2n ‐1 naponskih komparatora.  Na jedan ulaz komparatora se dovode odgovarajući naponski nivoi prema datoj prenosnoj karakteristici. Ovi naponi se formiraju otporničkim razdjelnikom povezanim na izvor referentnog napona. Na taj način se dobija željena skala diskretnih vrijednosti. Na druge ulaze komparatora se dovodi analogni napon koji treba da se konvertuje.
 U zavisnosti od vrijednosti napona, izlazi nekih komparatora će biti na niskom nivou dok su drugi na visokom. Diskretizaciju po vremenu vrši takt signal: izlazne vrijednosti komparatora periodično upisuje u flip‐
flop‐ove.  Izlazni stepen se sastoji od jednog prioritetnog kodera: izlazni kod se formira na osnovu jedinice na izlazu komparatora na najvišem položaju.
PLS_11
Složene mreže
A/D konvertor sa sukcesivnom aproksimacijom
Blok šema A/D kovertora sa sukcesivnom
aproksimacijom.
PLS_11
Složene mreže
8
6/9/2014
A/D konvertor sa sukcesivnom aproksimacijom
 Izlazni kod veličine n bita se formira u n koraka.  Izlazni signal se uzorkuje na početku periode konvertovanja i ta vrijednost se održava konstantnom na ulazu komparatora K do kraja ciklusa pretvaranja. Konvertor sadrži jedan D/A konvertor čija je rezolucija ista kao i samog A/D konvertora.
 Izlaz D/A konvertora je vezan na drugi ulaz komparatora. Izlaz D/A konvertora je vezan na drugi ulaz komparatora Izlaz komparatora vrši upravljanje registrom za sukcesivnu aproksimaciju (engl.: successive approximation register ‐
SAR) koji je centralni dio šeme.
PLS_11
Složene mreže
A/D konvertor sa sukcesivnom aproksimacijom
 Na početku konverzije setuje se bit najveće težine (engl.: most significant bit ‐
MSB) u registru. Prema toj vrijednosti D/A konvertor generiše odgovarajući analogni signal a na osnovu toga komparator javlja registru da li je ulazni signal veći ili manji od vrijednosti koja se nalazi na sredini skale.
 Ako je ulazni signal veći, pri odgovarajućoj ivici takt signala, vrednost MSB‐a ostaje nepromjenjena dok se u suprotnom slučaju vraća na nulu. Istovremeno, setuje se vrijednost susjednog bita u registru.  U sljedećoj periodi takt signala se ponovo upoređuje vrijednost ulaznog signala sa izlazom D/A konvertora i komparator informiše registar o opravdanosti setovanja datog bita. Ako je setovanje bilo opravdano, vrijednost bita ostaje jedinica, ako ne, onda se resetuje.  Na kraju periode takt signala opet se u registru setuje sljedeći bit. Ovaj proces se nastavlja sve dok nisu određene vrijednosti svih bita. Tada se u registru nalazi digitalni kod koji odgovara ulaznom analognom signalu.
PLS_11
Složene mreže
9
6/9/2014
A/D konvertor‐ brojačko rješenje
PLS_11
Složene mreže
A/D konvertor‐ brojačko rješenje
 Osnovni princip ‐
p
p g
generisanje pravougaonog impulsa sa j p
g
g p
vremenom trajanja srazmjernim sa ulaznim analognim signalom. Pri tome uloga brojača je određivanje broja perioda takt signala generisanih za vrijeme trajanja pravougaonog impulsa. Broj dobijen na kraju brojanja će biti srazmjeran analognom naponu.
 Pravougani signal se generiše upoređivanjem analognog g
g
g
p
j
g g
signala i linearno rastućeg testerastog signala. Naponski komparatori (pomoću EX‐ILI kola) dozvoljavaju rad brojača sve dok je vrijednost testerastog signala veća od nule ali još nije premašila ulazni napon.
PLS_11
Složene mreže
10
Download

Predavanje 11 - Vanr.prof.dr. Lejla Banjanović