Figur 0.1: To kredsløb hvor en operationsforstærker bliver brugt som komparator. [1]

Transkript

1 A/D Konvertering Den virkelige verden, består af kontinuerlige analoge signaler. Computere derimod kan kun håndtere diskrete digitale signaler. Et forsøg på at repræsentere og bearbejde virkeligheden på en computer kræver derfor en konvertering af signalerne. En konvertering af et kontinuerligt analogt signal til et diskret digital signal kaldes en Analog-til-Digital Konvertering (engelsk: Analog-to-Digital Convertion (ADC)). Der findes flere forskellige metoder til at A/D konvertering, men fælles for dem alle er at de bruger en eller anden form for komparator. En måde at lave en komparator på er ved at bruge en operationsforstærker som komparator. [1] Figur 0.1: To kredsløb hvor en operationsforstærker bliver brugt som komparator. [1] Med en fast spænding på den ikke-inverterende indgang på operationsforstærkeren, som på Circuit A på figur 0.1 er, med en spændingsdeler, sat til halvdelen af forsyningsspændingen, og en varierende spænding på den inverterende indgang, skabes en udgangsspænding som også ses på figur 0.1. Signalet repræsenteret ved den varierende spænding, bliver altså konverteret til en form for on/off-signal. I situationer, hvor der ønskes en mere detaljeret konvertering end en on/off-konvertering, sammensættes flere komparatorer i samme kredsløb. Som det ses på figur 0.2 får samtlige operationsforstærkere samme varierende spænding på den inverterende indgang, hvorimod deres faste spænding på den ikke-inverterende indgang er forskellige. Ved at være bevidst om spændingerne på de ikke-inverterende indgange er det muligt at lave en repræsentation af den varierende spænding ud fra udgangsspændingerne. På denne måde opnåes en A/D konvertering med flere mellemværdier end med en enkelt komparator. En A/D konvertering efter denne metode kaldes Flash A/D konvertering og er en af de hurtigste formmer for A/D konverteringer tilgængelig [2]. A/D konverteringen på dette projekts microcontroller sker dog efter en anden metode. Denne metode kaldes successiv approksimation (engelsk: successive approximation). 1

2 Figur 0.2: Fire komparatorer sammensat til en spændingsdetektor. [3] Figur 0.3: Successiv approksimations A/D konverter. [4] Denne metode benytter kun én komparator, men som det kan ses på figur 0.3, indgår flere andre dele. Der indgår en D/A konverter, vis funktion er at lave et digitalt signal om til et analogt signal. Bruges en 10 V 8 bit D/A konverter, vil bit 8 give et output fra D/A konverteren på 5 V. Hvordan den nærmere fungerer, vil i den rapport ikke blive gennemgået yderligere. Kernen i denne form af A/D konvertering består i kontrollogikken, som på figur 0.3 kaldes SAR. Den sender et bit-signal til D/A konverteren og ved at se på komparator outputtet bestemmer den om det analoge input er højere eller lavere en det den sendte ud. Derved bestemmer den hvilke bits der skal være høje og hvilke der skal være lave. Det kan naturligvis sjældent lade sig gøre kun ved en cyklus, så det der rent praktisk sker er, at SAR starter med at udsende den højst betydende enkelt bit og 2

3 arbejder videre derfra [5]. Er det analoge input signal højere, sender den en højere værdi afsted i næste cyklus og modsat, hvis det er lavere. Dette gentages til det analoge input er bestemt, denne metode kaldes binær søgning. 3

4

5 Litteratur [1] Paisley, Rob. "Comparator Operation". " rpaisley4/comparators.html", Februar [2] Andersen, Leif Møller. "Digitalteknik - 1. udgave". Konvertering mellem analoge og digitale signaler, s Industriens forlag, ISBN [3] Paisley, Rob. "4 Level - voltage Detector". " rpaisley4/comparators.html", Februar [4] Bryant, James og Kester, Walt. "Successive Approximation ADCs". " 3 Data Converter Architectures F.pdf", December [5] Andersen, Leif Møller. "Digitalteknik - 1. udgave". Konvertering mellem analoge og digitale signaler, s Industriens forlag, ISBN