10. Analóg jeleket kell digitalizálnia. Háromféle jelbemenetre kell A/D átalakítókat választania az átalakítók műszaki jellemzőinek a figyelembevételével. Válassza ki a megfelelő átalakítót videojelek digitalizálásához, hangfrekvenciás jelek átalakításához, valamint hőmérsékletérzékelő jelének a digitalizálásához! Feleletében magyarázza el vázlat segítségével a 3 féle átalakító működését, és hasonlítsa össze műszaki jellemzőiket! Felkészülése és felelete során használja az alábbi információkat!

Analóg jel: Folyamatos folytonos jel, ahol egy minimum és maximum érték között bármilyen tetszőleges értéket felvehet.

Digitális jel: Két előre meghatározott értéket vehet fel, melyek között ugrásszerűen változik. Nem folytonos, nem folyamatos jel.

Átalakítás: Mintavételezés: Az analóg jelet bizonyos, de azonos időszakonként megmérik.

Mintavételezési idő: dt

Mintavételezési frekvencia: df df=1/dt

Ha dt túl kicsi: rengeteg adat

Ha dt nagy: adatveszteség

Shannon tétel: Az analóg jel különböző frekvenciájú összetevőkből áll. A mintavételezési frekvenciát úgy kell megválasztani, hogy az analóg jel analóg a legnagyobb frekvenciájú összetevőnek minimum 2x-se legyen.

Kvantálás: Az analóg jelet egyenlő nagyságú szakaszokra bontjuk. Minden szakaszhoz, egy digitális kódot u.n. kvantumot rendelünk.

Flash konverter:

A referencia feszültséget (ami megegyezik az analóg jel maximum értékével) a 8 db azonos ellenállás azonos szakaszra, lépcsőre osztja.

Ezek a lépcsőfokok a komparátorként működő műveleti erősítők invertáló (azaz mínusz) bemeneteire kerülnek. A nem invertáló bemenetekre rákerül az analóg jel.

Komparátor működése:

Ha Up > Un =>Uk=,,1”

Ha Up< Un =>Uk = ,,0”

A komparátorok tehát összehasonlítják az analóg jelet a hozzájuk tartozó lépcsőfokkal, amelyik lépcsőfoknál nagyobb az Uin értéke annak a komparátornak 1 lesz a logikai kimenete a többié 0. (Azért, mert a komparátoroknál nincs negatív visszacsatolás, és így az erősítő értéke elvileg végtelen nagy, ilyenkor a kimeneten a tápfeszültség jelenik meg.)

Logika: 3 bites bináris számmá alakítja a komparátor okról érkező jelet.

Ahány db logikai ,,1” érték van a komparátorok K1-K7 kimenetén annak megfelelő bináris számot hozz létre.

Regiszter: Az adatok tárolására szolgál.

Flash= villám , a 3 közül a leggyorsabb átalakító 100-200MHz

Video jelek digitalizálására alkalmazzák

Szukcesszív approximációs átalakító: Fokozatos közelítésű átalakító

Az átalakítás során a kimenti bitek legnagyobb helyi értékét 1-be állítjuk, és ezzel hasonlítja össze az analóg jelet. Ha az analóg jel nagyobb, akkor a bit értékét 1-ben hagyja, ha az analóg jel kisebb, akkor vissza állítja 0-ba. Ezt az értéket megjegyzi. 2. lépés a következő helyi értéket állítja 1-be és ezzel hasonlítja össze az analóg jelet. Ha a digitális jel még mindig nagyobb, akkor megtartja az 1-t. Így folytatja tovább az egyre kisebb helyi értékű bitekkel, amíg a 2 jel meg nem egyezik egymással.

Hátránya: lassú, maximum 1MHz-es jelekhez

Hangfrekvenciás jelek átalakításához használják.

A regiszterben bistabil multivibrátorok vannak, melyek D3-D0 értéket tárolják. Ezeknek az értékét a SAR állítja a komparátor kimeneti jelétől függően. A DAC (digital analog converter)

ami a regiszter tartalmát analóg jelé alakítja a komparátor ezt az átalakított analóg jelet hasonlítja össze a digitalizálni kívánt Ux bemenő jelel. Uref értékét Ux lehetséges maximális értékére kell választani.

A dual slope átalakító:

Indításkor a K kapcsoló az Ube feszültségre csatlakozik. Egy előre meghatározott t₀ ideig. Ezalatt az idő alatt az integráló áramkör integrálja a jelet. Az U_int egy negatív irányba lineárisan növekvő feszültség lesz. t₀ idő után a K kapcsolót az Uref feszültségre kapcsolja a logika, ami visszaintegrálja a jelet addig, amíg az értéke 0 nem lesz. Mivel Uref állandó a visszaintegrálás meredeksége is állandó lesz. A visszaintegrálási időt mérve (t_x) t₀ és Uref ismeretében az analóg jel értéke kiszámítható:

Jellemzői: Olcsó, pontos viszont nagy az átalakítási idő ezért csak kis frekvenciás lassan változó jeleknél alkalmazható. Hőmérséklet érzékelő jelének átalakításához használják.