Ψηφιακά Ηλεκτρονικά Γ ΕΠΑΛ ιδάσκων: Γεώργιος Μακεδών, Φυσικός M.Sc. Μάθηµα 47ο. Ερωτήσεις κατανόησης 1. Τι είναι οι µετατροπείς A/D

Transcript

1 Μάθηµα 47ο Θέµα Εισαγωγή Συστήµατα λήψης, επεξεργασίας και διανοµής δεδοµένων. 1. Τι είναι οι µετατροπείς A/D και D/A; Εξηγήστε τη λειτουργία του σχήµατος Να εξηγήσετε το παράδειγµα αναλογικοψηφιακής µετατροπής του παραδείγµατος που παρουσιάζεται από το παρακάτω σχήµα. 1. ιάβασµα από 11.1 έως 11.2

2 Μάθηµα Θέµα 48ο Μετατροπέας D/A 1. Εξηγήστε µε λίγα λόγια πως λειτουργεί ένας D/A µετατροπέας; 2. Πως υπολογίζεται η τάση εξόδου του µετατροπέα D/A; 3. Τι είναι η V mes ; 1. Έστω ότι έχουµε ένα µετατροπέα D/A των τριών bits µε ανάλυση µέτρησης 1V και περιοχή τάσης λειτουργίας του είναι από 0V έως 7V. Θα δώσουµε τις διαφορετικές τάσεις εξόδου του D/A για όλες τις δυνατές ψηφιακές λέξεις. Για κάθε συνδυασµό των τριών bits εφαρµόζουµε τη σχέση υπολογισµού της τάσης εξόδου του παραπάνω µετατροπέα D/A. Να παραχθεί µια αναλογική (ηµιτονοειδής) κυµατοµορφή. ίνονται οι παρακάτω ψηφιακές λέξεις που θα πάρει ο µετατροπέας D/A και θα τις µετατρέψει σε αναλογική µορφή. Ψηφιακή λέξη Vout(V) Ψηφιακή λέξη Vout(V) 1 η η η η η η η η η η η η η η η η η Έστω ότι έχουµε ένα µετατροπέα D/A των τεσσάρων bits ο οποίος όταν η δυαδική του είσοδος µεταβάλλεται κατά ένα LSB η τάση εξόδου του µεταβάλλεται κατά 0,1V. Ποια η αναλογική του έξοδος για την ψηφιακή είσοδο 1011;

3 Ψηφιακά Ηλεκτρονικά Γ ΕΠΑ.Λ ιδάσκων: Γεώργιος Μακεδών, Φυσικός M.Sc 3. ίνεται το παρακάτω σχήµα, στο οποίο φαίνεται η έξοδος ενός µετατροπέα D/A των τεσσάρων bits µε ελάχιστη µεταβολή της αναλογικής τάσης εξόδου 0,1V, ο οποίος δέχεται στις ψηφιακές εισόδους του τις εξόδους ενός δυαδικού απαριθµητή των 4 bits. 1. ιάβασµα 11.3

4 Μάθηµα Θέµα 49ο Κυκλώµατα µετατροπέων D/A Χαρακτηριστικά τους 1. Να δώσετε το σχηµατικό διάγραµµα ενός µετατροπέα D/A τύπου R/2R και να εξηγήσετε τη λειτουργία του. 2. Ποια η γενική µαθηµατική έκφραση της τάση εξόδου σε συνάρτηση µε τα ψηφία της λέξης που αποτελείται από 2 bit; 3. Να δώσετε το σχηµατικό διάγραµµα ενός µετατροπέα D/A σε ICs. 4. Ποια η γενική µαθηµατική έκφραση της τάση εξόδου σε συνάρτηση µε τις ψηφιακές εισόδους του ICs; 5. Να ορίσετε τη διακριτική ικανότητα, την ακρίβεια και το χρόνο αποκατάστασης ενός µετατροπέα D/A. 1. Ποια είναι η διακριτική ικανότητα ενός µετατροπέα D/A των 12 bits; Εάν η περιοχή τάσης λειτουργίας του είναι 10V, ποια είναι η ελάχιστη µεταβολή της αναλογικής τάσης εξόδου του; 2. Ένας µετατροπέας D/A των 4bits παράγει µια τάση εξόδου 8V µε ψηφιακή λέξη εισόδου Aν η ελάχιστη τάση που παράγει ο µετατροπέας D/A είναι 0V, ποια θα είναι η τάση εξόδου του για την ψηφιακή λέξη εισόδου 1111; Ποια είναι η διακριτική ικανότητα του µετατροπέα D/A; 3. Σε µια εφαρµογή πρέπει να επιλέξετε ένα µετατροπέα D/A µε ανάλυση µέτρησης 1V και περιοχή τάσης λειτουργίας 0V έως 15V. Να καθορίσετε τη διακριτική ικανότητα του µετατροπέα D/A που θα επιλέξετε. 1. ιάβασµα από 11.4 έως 11.5

5 Ψηφιακά Ηλεκτρονικά Γ ΕΠΑ.Λ ιδάσκων: Γεώργιος Μακεδών, Φυσικός M.Sc Μάθηµα Θέµα 50ο Μετατροπέας A/D Κβάντιση και ειγµατοληψία Σήµατος 1. Τι ονοµάζουµε µετατροπέα A/D; 2. Από ποια σχέση υπολογίζεται η αναλογική τάση εισόδου του µετατροπέα; 3. Πόσες εισόδους και ποιες έχει αυτός µετατροπέας, εκτός από την αναλογική είσοδο και τις ψηφιακές εξόδους του; 4. Ποια διαδικασία ονοµάζεται δειγµατοληψία και τι είναι ο ρυθµός διεγµατοληψίας; 5. Ποια διαδικασία ονοµάζεται κβάντιση και τι βήµα κβάντισης; 1. Έστω ότι έχουµε ένα µετατροπέα A/D των τεσσάρων bits, στον οποίο όταν η τάση εισόδου του µεταβάλλεται κατά 0.1V η ψηφιακή λέξη της εξόδου του µεταβάλλεται κατά ένα LSB. (α) Ποια η ψηφιακή έξοδος για αναλογική είσοδο 1.1V; (β) Ποια η ψηφιακή έξοδος για αναλογική είσοδο 1.03V; 2. Έστω ότι έχουµε ένα µετατροπέα A/D των τριών bits µε βήµα κβάντισης 1V. Να ψηφιοποιήσετε το παρακάτω σήµα. 1. ιάβασµα από 11.6 έως 11.7

6 Μάθηµα 51 ο Θέµα Κυκλώµατα Μετατροπέων A/D Χαρακτηριστικά µετατροπέων A/D Εφαρµογές µετατροπέων D/A και A/D. 1. Να περιγράψετε το κύκλωµα του µετατροπέα A/D διαδοχικών προσεγγίσεων που δίδεται παρακάτω. 2. Πως λειτουργεί το κύκλωµ µα του µετατροπέα A/D διαδοχικών προσεγγίσεων; 3. Τι ονοµάζουµε χρόνο µετατροπής του SAC; 4. Να εξηγήσετε τη λειτουργία όλων των ακροδεκτών του ολοκληρωµένου κυκλώµατος ADC Να ορίσετε τη διακριτική ικανότητα, την ακρίβεια και το χρόνο µετατροπής ενός µετατροπέα A/D. 6. Να αναφέρετε τις κυριότερες εφαρµογές των µετατροπέων D/A και A/D. 1. Έστω ένας µετατροπέας A/D διαδοχικών προσεγγίσεων των 5bits µε βήµα κβάντισης 0.1V. Αν η αναλογική τάση στην είσοδο είναι V, να περιγράψετε τα βήµατα µετατροπής. SAR V α V α Συγκριτής EOC

7 Ψηφιακά Ηλεκτρονικά Γ ΕΠΑ.Λ ιδάσκων: Γεώργιος Μακεδών, Φυσικός M.Sc Ποια η διακριτική ικανότητα ενός µετατροπέα A/D των 12 bits; Εάν η συνολική τάση εισόδου του είναι 10V, ποιο είναι το βήµα κβάντισης του µετατροπέα A/D; 3. Ένας µετατροπέας A/D των 4bits παράγει για τάση εισόδου 1V την ψηφιακή λέξη Αν η ελάχιστη τάση που ψηφιοποιεί ο µετατροπέας A/D είναι 0V, ποια θα είναι η ψηφιακή του έξοδος για την τάση εισόδου των 1.25V; Να βρείτε το βήµα κβάντισης του µετατροπέα A/D. 4. Αν η ελάχιστη είσοδος ενός µετατροπέα A/D είναι 0V και η µέγιστη 10V, ποια διακριτική ικανότητα πρέπει να έχει ο µετατροπέας A/D ώστε το βήµα κβάντισης να είναι µικρότερο από 20mV; 5. Σε µια εφαρµογή πρέπει να επιλέξετε έναν µετατροπέα A/D µε βήµα κβάντισης 1V και περιοχή τάσης λειτουργίας 0V έως 15V. Να καθορίσετε τη διακριτική ικανότητα του µετατροπέα A/D που θα επιλέξετε.

8 6. Σε µια εφαρµογή µέτρησης θερµοκρασίας του περιβάλλοντος θέλουµε την ψηφιοποίηση της εξόδου ενός κυκλώµατος προσαρµογής ενός αισθητήρα θερµοκρασίας. Η περιοχή των θερµοκρασιών που θέλουµε να µετρήσουµε είναι από C έως C σε βήµατα των 1 0 C. Ποια η διακριτική ικανότητα του µετατροπέα A/D που θα επιλέξουµε για την εφαρµογή αυτή; 7. Σε µια εφαρµογή κατασκευής µιας ηλεκτρικής ψηφιακής ζυγαριάς θέλουµε να ψηφιοποιείται η έξοδος του αισθητήρα ζύγισης. Αν η ζυγαριά πρέπει να ζυγίζει βάρη έως 120Kgr σε βήµατα του 0.5Kgr, ποια η διακριτική ικανότητα του µετατροπέα A/D που θα επιλέξουµε; 1. ιάβασµα από 11.8 έως 11.10