• بازدید : 58 views
  • بدون نظر
این فایل در ۱۱صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد یر است:

ازسال ۱۹۶۰ با توجه به توسعه نيمه هادي ها ، پردازش اطلاعات به صورت ديجيتال اهميت بيشتري پيدا كرد و ساخت و استفاده از مدارهاي آنالوگ روبه افول گذاشت . با پيدايش ميكروپروسسورها انقلابي در زمينه پردازش ديجيتال به وقوع پيوست كه تا ده سال پيش از آن حتي قابل تصور نبود . 
تقريباََ تمام اطلاعات مورد پردازش پارامترهاي فيزيكي اي هستند كه در اصل ماهيت آنالوگ دارند ، مانند : فشار، دما ، سرعت ، شتاب ، شدت نور ، … بنابراين درهرمورد اين اطلاعات آنالوگ با استفاده از مبدلهايADC  به معادل ديجيتالشان تبديل شوند . 
تبديل آنالوگ به ديجيتال در سيستم هاي پردازش سيگنال : 
بطور كلي فرايند تبديلA/D يك سيگنال آنالوگ نمونه برداري شده و نگهداشته شده را به يك كلمه ديجيتال كه نماينده سيگنال آنالوگ است تبديل مي كند . تاكنون چندين مبدل آنالوگ به ديجيتال ساخته شده كه هريك مشخصات مربوط به خود را دارند .
مهمترين اين مشخصات عبارتند از : سرعت ، صحت ، هزينه .  
قبل از هر چيز بايد متذكر شويم كه عمل تبديل آنالوگ به ديجيتال احتياج به صرف زمان بيشتري از تاخير مبدلهاي D/A دارد ؛ تا وقتي كه تمامي بيتهاي مقدار ديجيتال به دست نيامده اند ، مقدار آنالوگ (ورودي ) نبايد تغيير كند . ولي ، مي دانيم كه تغييرمي كند ؛ چاره اين است كه در فواصل زماني معين نمونه هايي از دامنه سيگنال آنالوگ بگيريم و بدون تغيير ذخيره نماييم و پس از ارزيابي كامل نمونه را حذف و نمونه جديدي را تهيه و ذخيره كنيم . اين عمل توسط مداري به نام مدار نمونه گير و نگهدارنده ۱(S/H) انجام مي گيرد . اين مقدار بايد قبل از مبدلهاي A/D در مدار قرارگيرد . شكل يك صورت نمايشي از يك مدار S/H را نشان مي دهد . 
عمل نمونه گيري و نگهداري (S/H) معمولاً به وسيله يك سوئيچ براي نمونه برداري و يك خازن براي نگهداري و يك ‚‚ ميانگير،، براي جلوگيري از تخليه خازن انجام مي شود . به اين ترتيب كه سوئيچ S1 در لحظه خاصي بسته مي شود و خازن C را در زمان كوتاهي به وسيله سيگنال آنالوگ شارژ مي كند . اين زمان به قدري كوتاه است كه در طول آن دامنه سيگنال آنالوگ تغيير چنداني نمي كند . وقتي سوئيچ ۱S باز مي شود . خازن به موازات خود امپدانس بزرگي مي بيند و لذا نمي تواند تخليه شود . ضمناً ، در طرف ديگر خازن نيز ميانگير به كار گرفته شده است كه با امپدانس ورودي زياد خود مانع تخليه خازن از آن طرف مي شود . در صورتي كه خازن به وسيله سيگنال نمونه ورودي شارژ كامل شود (ولتاژ آن به اندازه دامنه نمونه باشد ) ، سيگنال نمونه جديد (كمتر يا بيشتر از قبلي) دو باره آن را به اندازه جديد تغيير مي دهد . ولي ، اگر عرض بالس آنقدر كم باشد و يا خاذن جمع آنقدر بزرگ باشد كه فرصت شارژ كامل بدست نيايد (عرض پالس كمتر از T )  ، ولتاژ جديد روي ولتاژ قبلي در خازن جمع و ذخيره مي شود ، كه در نهايت اين ولتاژ بستگي به ولتاژ قبلي خواهد داشت . در چنين حالتي ، بايد سوئيچ ۲S  را به خازن اضافه كنيم تا پس از خاتمه تبديل و قبل از نمونه برداري بعدي ، با اتصال كوتاه كردن خازن باعث تخليه آن شود . اين مدار را مي توان به صورت جزء به جزء ساخت ، ولي ، ضمناً مدارهاي مجتمعي به نام S/H وجود دارند كه دقيقاً همين اعمال را انجام مي دهند . 
عمل تبديل سيگنال آنالوگ به ديجيتال شامل چهار مرحله متوالي نمونه برداري  ، نگهداري و سپس ، ارقامي كردن و رمزكردن است ، كه اين اعمال لزوماً به صورت جداگانه انجام نمي شود . بلكه به طور معمول عمل نمونه برداري و نگهداري به طور همزمان به وسيله يك مدار S/H و عمل تبديل به رقم و رمز نيز به وسيله قسمت اصلي مدار A/D انجام مي شود . حال چند نمونه معمول اين مبدل شرح داده مي شود . 
. مدار نمونه گير و نگهدارنده S/H .
۱ – مبدل موازي : 

سريعترين مبدل A/D مي باشد و از تعدادي مقايسه كننده تشكيل شده كه هر يك ولتاژ آنالوگ ورودي را با كسري از ولتاژ مرجع مقايسه مي كند ، بنابراين براي ساخت يك مبدل ۸ بيتي به اين روش نياز به ۲۵۵ مقايسه كننده مي باشد .  
ولتاژ مرجع در بالاي مقسم مقاومتي بايد برابر حداكثر ولتاژ آنالوگ ورودي (Vm) باشد . سيگنال آنالوگ كه بايد مقدار آن ارقامي شود به همه مقايسه كننده ها به طور موازي و همزمان اعمال مي شود . خروجي هركدام از مقايسه كننده ها هنگامي در ‌‌‚‚۱،، منطقي قرار مي گيرد كه ولتاژ ورودي مثبت آن بزرگ تر از ولتاژ مرجع در ورودي منفي اش شود . 
همينطور كه ملاحظه مي شود ، دراين نوع مبدل براي n  بيت احتياج به ۱- ۲ عدد مقايسه كننده داريم . در نتيجه ، صرف نظر از اشكالاتي كه در تنظيم هر مقايسه كننده داريم . تعداد مقايسه كننده ها آنقدر زياد مي شود كه از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نيست . (البته مدارهاي مجتمعي به بازار آمده است كه از اين روش استفاده مي كند و تعداد زيادي هم مقايسه كننده در آنها به كار رفته است . ولي بسيار گران هستند )ونيز براي n  بيت تعداد ۲ حالت وجود دارد كه مستلزم تهيه ۱-۲ (به تعداد مقايسه كننده ها ) ولتاژ مرجع مختلف است . اين ولتاژها بايد بسيار دقيق باشند و در حين مقايسه ، دراثر تغيير جريان ورودي مقايسه كننده كم و زياد نشوند (يعني امپدانس منبع آنها كم باشد ) . 
. مبدل موازي ( مدار FLASH  ) . 
۲ – مبدل موازي متوالي : 

اين مبدل در واقع ازبستن متوالي دو يا چند مبدل موازي ساخته مي شود . علت اصلي چنين كاري را مي توان به اين صورت روشن كرد : هر مبدل موازي احتياج به ۱- ۲ عدد مقايسه كننده دارد . حال اگر نيمي از بيتهاي تبديل را در يك مرحله تعيين كنيم و نصف ديگر را در مرحله ديگر . اگر چه زمان تبديل حدوداً دو برابر مي شود ولي تعداد مقايسه كننده ها به مقدار قابل توجهي كم خواهد شد . البته . براي اينكه مبدل دوم همان بيتهاي مبدل اول را به دست نياورد ، بايد بيتهاي خروجي مبدل اول را به وسيله يك D/A به آنالوگ تبديل كنيم و آن را از ولتاژ آنالوگ ورودي كم كنيم .  
نكته ديگري كه بايد گفت اينستكه اگر حساسيت مقايسه كننده ها بيش از حد لازم باشد ، نويز در زماني كه سطوح ولتاژ ورودي به يكديگر نزديك هستند باعث نوسان و خروجي مدار مي شود . از طرف ديگر ، وجود تعداد زيادي مقايسه كننده در مبدل نيز اشكالات را به همان نسبت زياد مي كند .
. مدار مبدل موازي متوالي ( نيمه موازي ) .
۳ _ مبدل VTF  : 
الف) مبدل غير همزمان و بدون پالس ساعت . 
نوعي مبدل موازي با ولتاژهاي آستانه متغيير است كه براي تعيين هر بيت در خروجي فقط به يك مقايسه كننده نياز دارد و احتياج به مدار منطقي اضافي براي ارقامي كردن خروجي مقايسه كننده ها هم ندارد . مزيت سيستم VTF نسبت به ساير انواع A/D  ، قدرت تبديل با سرعت زياد در كنار سادگي طرح و ارزاني آن است . اساساً ، سيستم VTF ، يك نوع مبدل نيمه موازي است كه در آن از فيدبك استفاده شده است . افزودن فيدبك ، شمار مقايسه كننده ها را براي سيستم n بيتي از ۱- ۲ به n كاهش مي دهد . دراين روش نيز ، همانند روش موازي ، ولتاژهاي آستانه مقايسه كننده ها ابتدا در وزنهاي دودويي ولتاژهاي مرجع تنظيم شده است ، به طوري كه ولتاژ آستانه MSB برابر ۲/Vref ، براي بيت بعدي (دومين MSB) برابر ۴/Vref و براي بيت سوم برابر ۸/Vref ، و به همين ترتيب براي بقيه است . 
شكل رسم شده  ، VTF را براي يك مبدل سه بيتي نشان مي دهد . طرزكارسيستم ، اگرهركدام از مدارهاي تعيين كننده ولتاژ آستانه را به عنوان يك D/A  در نظر بگيريم ، به آساني مشخص مي شود . در اين صورت ، براي اولين بيت (MSB) تنها يك D/A يك بيتي ، براي دومين بيت يك D/A  دوبيتي ، براي سومين بيت يك D/A  سه بيتي و به همين ترتيب…، لازم است . 
چون در سيستم VTF ، اول مهمترين بيت (MSB) تعيين مي شود و بعد دومين و سومين و غيره ، اگر خروجيA/D را قبل از آنكه جواب به طور كامل تبديل شده باشد به كار ببريم ، خطا فقط در بيتهايLSB    خواهد بود و در نتيجه حتي اگر سيستم به طور كامل عمل تبديل را انجام نداده باشد ، بازهم اطلاع مفيد ولي نا كامل در باره سيگنال آنالوگ به ما خواهد داد ، درصورتي كه ساير مبدلهايA/D   با داشتن چنين سرعتي (سرعت زياد ) ، اگر قبل از كامل شدن عمل تبديل خروجيشان مورد استفاده قرارگيرد ، داراي خروجي غيرقابل پيش بيني خواهند بود . 
سيستم فوق به طور غيرهمزمان و بدون پالس ساعت همگام كننده عمل مي كند ، دراين سيستم ، خروجي مبدل ، ورودي را دنبال مي كند و ممكن است در حين تبديل ، چنانچه سرعت تغييرات ورودي بسيار بالا باشد ، به حالتهاي غلط هم برود . 
ب) مبدلVTF  همگام . 
درصورت نياز به سرعتهاي بالاتر ، مي توانيم به وسيله افزودن مدارهاي تاخير ديجيتالي به اضافه يك زمان تاخير آنالوگ ، سيستم همگامVTF   رابسازيم . مزيت آن اين است كه بعد از زمان تاخير انتشار يك تبديل در ابتداي كار سيستم ، از آن پس خروجيA/D   با هر پالس ساعت يك تبديل كامل را انجام مي دهد . 
در سيستم VTF غير همگام سيگنال ورودي تا پايان عمل تبديل بايد ثابت بماند ، در صورتي كه در سيستم VTF همزمان ، هر خروجي در يك فليپ فالاپ ذخيره مي شود و خروجي فليپ فلاپ براي تعيين بيتهاي بعدي انتقال مي يابد . به اين ترتيب ، بيتهاي قبلي مي توانند بدون اينكه منتظر كامل شدن عمل تبديل شوند ، خروجي جديد داشته باشند . بنابراين ، مبدل مي تواند بعد از يك نأخير اوليه كه مدت n  پريود ساعت طول مي كشد ، در هر پريود ساعت يك تبديل كامل از موج ورودي را انجام دهد .  
باتوجه به مطالب فوق ، سيستمVTF  ، با حداقل اجزا ، ساده ترين ،  ارزانترين و در عين حال از سريعترين مبدلهايA/D  است كه با توجه به تكنولوژي امروز قابل ساخت است .
. مبدل موازي با ولتاژ هاي آستانه متغيير .
. مدار همگام VTF با پالس ساعت .

۴ – مبدل تقريب تدريجي :

دراين مدار ، در ابتداي يك سيكل تبديل ، سيستم اين مبدل , با اولين پالس ساعت اولين بيت خروجي ( MSB ) خود را در خروجي آماده كرده و همچنين آن را به مبدلD/A  اعمال مي كند . سپس ،SAR  منتظر مي ماند تا يك سيگنال از مقايسه كننده كه نشان مي دهد ، آيا خروجي D/A بزرگتر يا كوچكتر از ولتاژ ورودي است ، به آن وارد شود . اگر خروجي مقايسه كننده ‌‌‘‘ ۱  ‘‘ باشد به معني آن است كه خروجيD/A  ازVin كوچكتر است وSAR  ، بيتMSB   را‘‘۱  ‘‘ نگه مي دارد . اگر مقايسه كننده داراي خروجي ،،O ،، باشد ، به اين نتيجه مي رسيم كه خروجي D/A بزرگتر از Vin است و سيستم مبدل (SAR ) ، پروزن ترين بيتMSB  ، را ،،O،، خواهد كرد . در هر صورتSAR  ، در پالس ساعت بعدي ، بيت دوم از نقطه نظر وزن را ،،۱ ،، خواهد كرد و سپس در پالس بعدي ساعت ، متناسب با خروجي مقايسه كننده آن را همچنان برابر ،،۱ ،، نگاه مي دارد يا ،،۰ ،، خواهدكرد . يه همين ترتيب SAR تا كم وزن ترين بيت (LSB ) را به نوبت امتحان خواهدكرد و اگر خروجي D/Aكوچكتر از Vin باشد بيت را ،،۱  ،، نگاه مي دارد و در غير اين صورت را ،،۰ ،، خواهدكرد . براي تعيين مقدار دودويي هر بيت فقط يك پالس ساعت احتياج است . بعد از پايان اين مرحله ،SAR  پيام پايان عمل تبديل (EOC )  را خواهد فرستاد كه نمايانگر آن است كه خطوط خروجي حاوي جواب صحيح اند . 
مزيت مهم مبدلA/D تقرب تدريجي ، اين است كهN  بيت ريزنمايي ، فقط به وسيلهN  پالس ساعت قابل حصول است ؛ به عنوان مثال يك نمونهSAR   ، ۸ بيتي ، در مقايسه با يك نمونه مبدل شمارنده مشابه ۸ بيتي كه براي تبديل يه طور متوسط به ۱۲۸ پالس ساعت نياز دارد ، فقط به ۸ پالس ساعت احتياج دارد .
عيب عمده اين مبدل ، احتياج آن به يك مبدل D/A است ولي ، در عوض سرعت و دقت بالايي دارد .
. نمودار بلوكي مبدل سه بيتي A/D با روش تقرب تدريجي .

۵ – مبدل شمارنده : 

نحوه كار به اين صورت است كه ابتدا شمارنده شمارش را از۰ به سمت بالا شروع مي كند . يك مبدل D/A حاصل شمارش را به معادل آنالوگ آن تبديل مي كند . 
مقايسه كننده اين مقدار را با مقدار ولتاژ ورودي مقايسه مي كند . خروجي مقايسه كننده به بخش كنترل رفته و هرگاه سيگنال خروجيD/A  برابر ورودي آنالوگ شد مقايسه كننده به شمارنده فرمان توقف در شمارش مي دهد . 
مشكل اينستكه در نهايت خروجي حولVx  نوسان مي كند و مقدار ثابتي نمي باشد ، كه اين مسئله باعث خطاي آخرين ديجيت مي شود و با توجه به بالا بودن فركانس (براي شمارش سريع ) فركانس اين نوسانات زياد است 

عتیقه زیرخاکی گنج