Haber Öğesi D/A VE A/D Çeviriciler
(Kategori: İşlemsel Yükselteç(op-Amp))
Gönderen Yasin Çağan
13 Oct 06 saat: 04:18

D/A VE A/D Çeviriciler

1) PRENSİPLERİ:Sayısaldan analoga çeviriciler (DAC), işaretsiz bir binary sayıyı bir elektrik gerilimi veya bir elektrik akımına çevirir.








Şekil ‘de görüldüğü gibi her bir ikili 0 veya 1 sayısını taşıyabilecek üç giriş hattı (X0,X1,X2) vardır. Her bir giriş değeri için giriş değerine eşit bir analog çıkış voltaj karşılığı vardır. Bu giriş/çıkış ilişkisinin incelenmesi, 1voltluk ağırlığın girdi değeri X2 verilerek çıktı değerinin hesaplanabileceğini gösterir. Her bir giriş bir ağırlığa sahiptir ve çıkış voltajı ikili girişlerin bir olduğu durumlar için ağırlıkların toplamıdır.Bu D/A çeviricide, X2 MSB, X0 ise LSB’dir. Pozitif kenar tetiklemeli üç flip-flop’u sayıcı DAC’ın üç girişine ,X0’ın sayıcının LSB sine bağlanması ile birlikte ve sayıcıya saat sinyali uygulandığında şekil de görüldüğü gibi merdiven şeklinde analog çıkış alınır. Bir DAC için minimum çıkış gerilimi 0 volttur.Bir DAC’ın maximum çıkış gerilimi V volt ve ikili girişlerin sayıcı R bit ise en küçük değerlikli bitin ağırlığı (LSB) V (2R-1) olacaktır. 3 bitlik giriş ve 7 voltluk maximum çıkış için 7/(23-1)=1 volt verir. ikinci en küçük değerlikli bitin ağırlığı 2V/ (2R-1), bir sonraki küçük değerlikli bitin ağırlığı ise 4V/(2R-1) olacak ve bu böylece ağırlığı (2R-1)V / (2R-1) olan en büyük değerlikli bite kadar devam edecektir.Bazı DAC’lar 0 ile pozitif gerilim bölgesinde değil de V1-V2 aralığı içinde analog çıkışa sahip olacak şekilde ayarlanmış olabilir.

TEMEL R-2R MERDİVEN TİPİ D/A ÇEVİRİCİ
Dijital bilginin analog bilgiye çevrilmesi için en çok kullanılan yöntemdir. Bu devre r-2R merdiven tipi D/A dönüştürücü olarak ta bilinir.



Bir düğüm noktasına gelen akımların toplamı, giden akıma eşittir prensibine göre:I1,I2,I3,I4 = If’dir. Op-amp’ın çevirici ucu kullanıldığı için çıkış girişten 1800 faz farklıdır.10KW ’luk dirençlere R,20KW ’luk dirençlere2R dersek;

















olarak bulunur.


AĞIRLIK DİRENÇLİ D/A ÇEVİRİCİ:




Şekil ’de görüldüğü gibi bu D/A çevirici toplayıcı olarak çalışan bir devredir. Direnç değerleri bit ağırlıklarına göre seçilmiştir.

THEVENİN EŞDEĞERLİ R-2R MERDİVEN TİPİ D/A ÇEVİRİCİ:




Yapı olarak temel R-2R merdiven tipi D7A çeviriciden farkı yoktur. Direnç değerleri R-2R’dir.örneğin R=25KW ise 2R=50 KW kullanılır. Temel R-2R merdiven tipinde formülü OP-AMP ‘ın özelliklerine göre çıkardık. Burada ise Thevenin teoremine göre çıkarılacaktır.



THEVENİN TEOREMİ: bir devrenin herhangi bir noktasına göre, gerilim kaynağı ve seri direnciyle temsil edilmesine denir.

D/A ENTEGRE DEVRELER:

AD 558 Entegresi
: 8 bitlik giriş değeri olup çıkıştan voltaj değeri alınan D/A çevirici entegresidir. Devrenin besleme voltajı +5V.....+15 arasındadır. Çıkış voltajı entegre bacaklarının bağlantısına bağlı olarak 0....+2,56V veya 0.....+10V volt arasında olabilir.



V0 çıkışında görülecek tam skala değeri 2,56V olacaksa 14-15 ve 16 nolu uçlar birleştirilir. Eğer tam skala değeri 10V olacaksa 15 nolu uç 16 nolu uçla ve 14 nolu uç 13 nolu uçla birleştirilir. Çıkış voltajının 0-2,56V arası değiştiği durumda besleme voltajı 5-15 V arası, çıkış voltajının 0-10 volt arası değiştiği durumda besleme voltajı 12-15 Volt arasında seçilmelidir.

ANALOG/ DİJİTAL ÇEVİRİCİLER (A/D CONVERTERS)

1) PRENSİPLERİ:
Analogdan sayısala çeviriciler, bir analog gerilimi sayısal değere çeviriler. Kısaca ADC olarak bilinir.





Şekil (a) da tek bir analog girişle ve 3 bitlik binary çıkışla küçük bir ADC’nin blok diyagramı gösterilmiştir. DÖNÜŞTÜR (convert) girişi normalde “0” dır ve bir dönüştürme ortaya çıktığında “1” sinyaline çevirilir.ADC, DÖNÜŞTÜR (convert) deki pozisyon geçişlerine analog girişindeki giriş gerilimini ölçerek cevap verir ve sonra giriş gerilimini sayısal formda temsil eden bir binary sayıyı X çıkışlarından çıkartır.Şekil (b) de 2 bit ADC için giriş sinyallerine karşı ,sayısal çıkış sayılarının bir grafiğini gösterir. Giriş gerilimi değişimi 0 dan 3 V’a kadardır,çıkışlardaki sayısal sayılar 00 dan 11 e sıralanacaktır. Çıkış sayısı 00,giriş geriliminin 0 ile 0.5 V arasında olduğunu gösterir. Çıkış sayısı 01, giriş geriliminin 0.5 ile 1.5 V arasında olduğunu gösterir. 10 sayısı 1.5 V – 2.5 V arasında bir girişi gösterir ve 11 sayısı 2.5 V dan daha büyük bir girişi gösterir. Şekil (c) de ise normal giriş gerilim değişimi 0V’tan 7V’a sahip olan bir 3 bitlik çevirici için aralıklar gösterir. Bu örnekte,011 çıkışı ,giriş geriliminin 3V ± 0.5V olduğunu gösterir. Şekil (d) deki grafik ,yatay eksende analog girişi ve dikey eksende de sayısal değerleri gösterir.

Paralel Karşılaştırıcılı (Flash) A/D Çevirici:

Flash dönüştürücüler en hızlı ADC lerdir.




KARŞILAŞTIRICININ ÇALIŞMASI :Eğer (+) girişi (–)göre pozitifse sayısal çıkış 1 dir. Eğer (+) girişi (–)göre negatifse sayısal çıkış 0 dir.Dönüştürücü , kkarşılaştırıcı olarak adlandırılan bir analog devre kullanılır. Şekil deki karşılaştırıcı ½ V luk bir düşük (–) girişe sahiptir. Eğer giriş ¼ V ta ise karşılaştırıcı “0” çıkışına sahip olacaktır. Fakat giriş ¾ V ta ise karşılaştırıcı “1” çıkışına sahip olacaktır. Bu dönüştürücüde giriş 0’la ½ V arasında ise A,B,C noktalarının tümü 0 olacaktır. Eğer giriş ½ ile 1.5 V arasında ise A ve B noktaları 0 olacak ,fakat C noktası 1 olacaktır ve X0 çıkışı 1 olacaktır. Eğer giriş 1 ½ ile 2 ½ V arasında ise X0 =1 ve X1= 0 veren B ve C noktaları 1 olacak ve A =0 olacaktır. Eğer giriş 2 ½ V dan daha büyükse A,B,C 1 olur ve çıkış X0 =1 X1 = 1 olacaktır. Flash dönüştürücüler çeşitli büyüklükte ve hızlardadır. En hızlı tek yonga dönüştürücüler 8 bitlik dönüştürücüler ,saniye başına 100 milyon dönüştürme işlemi yerine getirirler.Flash dönüştürücülerdeki ana problem çıkış bitlerinin sayısı artırıldığında yüksek sayıda karşılaştırıcıya gerek duyulmasıdır. N-bitlik bir dönüştürücü için 2n–1 tane karşılaştırıcıya gerek vardır. N çok büyük ise devre karışık olacaktır.

SaymaMetodlu A/D çevirici:




Sayıcı (counter) sıfırdan itibaren saymaya başlarken sayıcının sürdüğü merdiven devresi şekil .b de görüldüğü gibi merdiven basamağı şeklinde çıkış gerilimi üretir. Burada gerilim , herbir sayım adımında bir basamak artar. Hem basamak , giriş gerilimi hem de analog giriş gerilimi alan karşılaştırma devresi ,basamak gerilimi giriş geriliminin üzerine çıktığı zaman sayımı durdurmak için bir sinyal üretir. O andaki sayısal çıkış , sayıcının değeridir. Merdiven sinyalinin belirlediği gerilim değişmesinin miktarı merdiven devresine uygulanan referans gerilimine ve kullanılan sayım bitlerinin sayısında bağlıdır. 10 V luk bir referans gerilimi kullanarak 12 katlı bir merdiven devresini süren 12 katlı sayıcının her sayısının adım gerilimi şöyle olacaktır :

Sayıcının saat hızı , dönüştürmeyi gerçekleştirmek için gereken süreyi etkiler. 1 MHz lik CP hızı ile çalışan 12 katlı bir sayıcının ihtiyaç duyacağı maximum dönüştürme süresi : 4096 X 1μ sn 4096 μsn @ 4.1 m sn. olur. Bu durumda saniyede gerçekleştirilebilecek minimum dönüştürme sayısı , dönüştürme sayısı= ¼ msn = 244 dönüştürme /sn olur.

Hassas Yaklaşımlı (SAR) A/D Çeviriciler :




Şekideki A/D çevirici ü ç ana kısımdan oluşmuştur.
  1. Karşılaştırıcı
  2. D/A çevirici
  3. Hassas yaklaşım registeri
Bu devre ile analog bilgi , sayısal bilgiye çevrilir ve D/A çeviricinin çıkışı V0 , Vin girişi ile karşılaştırılır. Bu yöntem , ağırlığı bilinmeyen bir cismi , bilinen ağırlıklar yardımı ile hassas bir terazide tartma işlemine benzer. Denge sağlanana kadar büyük ağırlıktan küçük ağırlıklara doğru giderek yeni ağırlıklar eklenir. İşlemin sonunda en küçük ağırlık kullanılarak , cismin ağırlığı belirlenir.

A/D Entegre Devreler :




Şekil deki devrede , AD0804 entegresi ile Analog /Digital çevirici gösterilmiştir. Devrenin girişine uygulanan analog bilgi 8 bitlik digital bilgiye çevrilmektedir. A/D converter devresi aynı zamanda transducer (dönüştürücü) devresidir. CLKİN ucuna hariçten CLK sinyali verilmeyip R1 – C1 den bunu karşılar . DC olarak 5 V güç kaynağı analog giriş olarak 0-5 V kullanılır . Bu çevirme işlemini 100μsn de gerçekleştirir. ADC0804 entegresi CMOS ailesinden olup mikroişlemci tipi entegredir. [Submitted by [ u H u R u ]®]


Haberin kaynağı : Biyomedikal Mühendisliği ve Biyomedikal Cihaz Teknolojisi
( http://www.medikalteknoloji.com/news.php?extend.41 )


Tarama süresi :0.0484saniye,0.0055bu sorgu için.VT sorguları :18. Bellek Kullanımı :1,843kb