Convertoare analog-numerice. Generalitati.

Convertoare analog-numerice. Generalitati.

CAN reprezinta elementul de baza al unui SAD si este sistemul care transforma marimea de intrare (practic o tensiune) cu variatie analogica, intr-o marime de iesire cu expresie numerica.

Conversia A/N reprezinta un proces in doua etape:

cuantificarea, procesul prin care semnalul analogic este transformat intr-o serie de stari discrete, disponibile pe tot atatea canale;

codarea, proces prin care fiecarei stari (canal) i se atribuie un numar.

Concret, domeniul de variatie al semnalului de intrare U_i [V] este divizat in N canale, fiecare identificat prin indicele k[0,N]. Marimii U_i i se asociaza canalul k daca:

L_k ≥ U_i > L_k-1,

unde:

L_k   [V] este limita superioara a canalului k,

L_k-1 [V] este limita superioara a canalului k-1.

diferenta dintre doua limite succesive ale canalelor defineste latimea canalului ΔU:

ΔU= L_k - L_k-1

Toate semnalele care satisfac relatia de mai sus sunt repartizate canalului respectiv, chiar daca nu au aceeasi marime. Ca urmare, apare o eroare principiala a conversiei A/N, numita eroare de cuantificare si care este data latimea canalului ΔU.

Caracteristica de transfer a unui CAN reprezinta raportul dintre rezultatul conversiei si marimea de intrare U_i; In fig.5.5 sunt prezentate caracteristica de transfer si variatia erorii de cuantificare, pentru un CAN pe 3 biti.

Fig. 5.5. Principiul conversiei A/N

a) Schema de principiu; b) caracteristica de transfer; c) eroarea de cuantificare.

Pentru un CAN pe n biti, rezolutia conversiei se exprima prin valoarea bitului cel mai putin semnificativ (LSB) din cuvantul binar de la iesire:

iar rezolutia relativa:

Teoretic, codul de iesire al can corespunde mijlocului unui canal. Spre limitele canalelor, eroarea de cuantificare creste (intr-un sens sau celalalt), osciland intre valorile ± ΔU, ceea ce corespunde valorii unui bit LSB din cuvantul binar de la iesire (fig.5.5c). Discriminarea valorilor tensiunii de intrare, la limita canalelor adiacente se face cu comparatoare de tensiune. Datorita incertitudinii in precizarea pragului de basculare a comparatorului, la limita dintre canale apare o probabilitate P_k(U) < 1 de atribuire a valorii U_i intre canalele adiacente. Aceasta probabilitate devine din ce in ce mai mica, cu cat latimile canalelor scad, respectiv cu cresterea rezolutiei CAN, conducand in final la cresterea erorii conversiei.

Fig. 5.6. Profilul canalelor: a) real; b) ideal

a)

b)

Profilul canalului, din punctul de vedere a probabilitatii P_k(U) este prezentata in fig.5.6. Pentru reducerea erorii totale a CAN se realizeaza un compromis intre rezolutie si calitatea comparatoarelor de tensiune.