Giáo trình : Kỹ thuật mạch điện tử 2 part 9 pps

80
+ ọỹ phỏn bióỷt õổồỹc õỷc trổng bồới sọỳ bit N. Giaớ sổớ mọỹt ADC coù sọỳ bit ồớ õỏửu ra laỡ N
coù thóứ phỏn bióỷt õổồỹc 2
N
mổùc trong daới õióỷn aùp vaỡo cuớa noù. Chúng haỷn N = 12 coù
2
12
= 4096 mổùc.
ọỹ phỏn bióỷt cuớa mọỹt ADC õổồỹc kyù hióỷu laỡ Q vaỡ õổồỹc xaùc õởnh theo bióứu thổùc :
Q = V
LSB
=
12
V
N
AM


+ Dổỷa vaỡo õổồỡng õỷc tuyóỳn truyóửn õaỷt lyù tổồớng vaỡ thổỷc cuớa ADC (hỗnh 6.2) ta thỏỳy :
- ỷc tuyóỳn lyù tổồớng laỡ mọỹt õổồỡng bỏỷc thang õóửu vaỡ coù õọỹ dọỳc trung bỗnh laỡ 1.
- ỷc tuyóỳn thổỷc laỡ mọỹt õổồỡng bỏỷc thang khọng õóửu do aớnh hổồớng cuớa sai sọỳ
khuóỳch õaỷi, cuớa meùo phi tuyóỳn, vaỡ cuớa sai sọỳ õồn õióỷu.
6.2.3. Tọỳc õọỹ chuyóứn õọứi
Cho bióỳt kóỳt quaớ chuyóứn õọứi trong 1s, õổồỹc goỹi laỡ tỏửn sọỳ chuyóứn õọứi f
c
.
Mọỹt ADC coù tọỳc õọỹ chuyóứn õọứi cao thỗ õọỹ chờnh xaùc giaớm vaỡ ngổồỹc laỷi. Nghộa laỡ yóu
cỏửu vóử õọỹ chờnh xaùc vaỡ tọỳc õọỹ chuyóứn õọứi mỏu thuỏựn vồùi nhau. Tuỡy theo yóu cỏửu sổớ
duỷng, phaới tỗm caùch dung hoỡa caùc yóu cỏửu õoù mọỹt caùch hồỹp lyù nhỏỳt.
6.3. Nguyón từc laỡm vióỷc cuớa ADC

Nguyón từc laỡm vióỷc cuớa ADC õổồỹc minh hoỹa theo sồ õọử :











Hỗnh 6.3 ọử thở thồỡi gian cuớa õióỷn aùp vaỡo vaỡ ra maỷch lỏỳy mỏựu

Maỷch lỏỳy
mỏựu
ADC
Lổồỹng
tổớ hoùa
Maợ hoùa
V
D


81
Trỉåïc hãút tên hiãûu tỉång tỉû V
A
âỉåüc âỉa âãún mảch láúy máùu. Mảch ny cọ 2 nhiãûm
vủ:
- Láúy máùu tên hiãûu tỉång tỉû tải nhỉỵng thåìi âiãøm khạc nhau v cạch âãưu nhau (råìi rảc

họa tên hiãûu vãư màût thåìi gian).
- Giỉỵ cho biãn âäü âiãûn ạp tải cạc thåìi âiãøm láúy máùu khäng âäøi trong quạ trçnh
chuøn âäøi tiãúp theo (tỉïc l trong quạ trçnh lỉåüng tỉí họa v m họa).
Tên hiãûu ra ca mảch láúy máùu âỉåüc âỉa âãún mảch lỉåüng tỉí họa âãø thỉûc hiãûn lm trn
våïi âäü chênh xạc bàòng ± Q⁄ 2.
Váûy quạ trçnh lỉåüng tỉí họa thỉûc cháút l quạ trçnh lm trn säú. Lỉåüng tỉí họ
a âỉåüc
thỉûc hiãûn theo ngun tàõc so sạnh, tên hiãûu cáưn chuøn âäøi âỉåüc so sạnh våïi mäüt loảt
cạc âån vë chøn Q.
Sau mảch lỉåüng tỉí họa l mảch m họa. Trong mảch m họa, kãút qu lỉåüng tỉí họa
âỉåüc sàõp xãúp lải theo mäüt tráût tỉû nháút âënh phủ thüc vo loải m u cáưu trãn âáưu ra
bäü chuøn âäøi .
Phẹp lỉåüng tỉí họa v m họa gi chung l phẹp biãún âäøi AD.
6.4. Cạc phỉång phạp chuøn âäøi tỉång tỉû -säú
Phán loải : cọ nhiãưu cạch phán loải ADC. Cạch phán loải hay dng hån c l phán
loải theo quạ trçnh chuøn âäøi vãư màût thåìi gian. Nọ cho phẹp phạn âoạn mäüt cạch täøng
quạt täúc âäü chuøn âäøi. Cọ 3 phỉång phạp chuøn âäøi sau :
+ Chuøn âäøi song song : Tên hiãûu tỉång tỉû âỉåüc so sạnh cng mäüt lục våïi nhiãưu giạ
trë chøn. Do âọ táút c cạc bit âỉåüc xạc âënh âäưng thåìi v âỉa âãún âáưu ra.
+ Chuøn âäøi näúi tiãúp theo m âãúm : Quạ trçnh so sạnh âỉåüc thỉûc hiãûn tỉìng bỉåïc
theo quy lût m âãúm. Kãút qu chuøn âäøi âỉåüc xạc âënh bàòng cạch âãúm säú lỉåüng giạ
trë chøn cọ thãø chỉïa âỉåüc trong giạ trë tên hiãûu tỉång tỉû
cáưn chuøn âäøi.
+ Chuøn âäøi song song- näúi tiãúp kãút håüp : Qua mäùi bỉåïc so sạnh cọ thãø xạc âënh
âỉåüc täúi thiãøu 2 bit âäưng thåìi.
6.4.1. Chuøn âäøi AD theo phỉång phạp song song

82

















Hỗnh 6.4: Sồ õọử nguyón lyù bọỹ chuyóứn õọứi AD theo phổồng phaùp song song
Tờn hióỷu tổồng tổỷ V
A
õổồỹc õổa õọửng thồỡi õóỳn caùc bọỹ so saùnh tổỡ S
1
õóỳn S
m
. ồớ õỏửu vaỡo
thổù hai, õióỷn aùp chuỏứn U
ch
õổa vaỡo qua thang õióỷn trồớ R (hỗnh 12). Do õoù, õióỷn aùp

chuỏứn õỷt vaỡo caùc bọỹ so saùnh kóử nhau seợ khaùc nhau mọỹt lổồỹng khọng õọứi tổỡ S
1
õóỳn S
m
.
õỏửu ra cuớa caùc bọỹ so saùnh coù õióỷn aùp vaỡo lồùn hồn õióỷn aùp chuỏứn lỏỳy trón thang õióỷn trồớ
coù mổùc logic 1, caùc õỏửu coỡn laỷi ồớ mổùc logic 0. Tỏỳt caớ caùc õỏửu ra õổồỹc nọỳi vồùi mọỹt õỏửu
vaỡo cuớa caùc cọứng AND. ỏửu kia cuớa cọứng AND nọỳi vồùi maỷch taỷo xung nhởp. Chố khi coù
xung nhởp thỗ caùc xung trón õỏửu ra bọỹ so saùnh mồùi õổồỹc õổa vaỡo maỷch Flip-flop. Nhổ
vỏỷy cổù sau mọỹt khoaớng thồỡi gian bũng mọỹt chu kyỡ xung nhởp laỷi coù mọỹt tờn hióỷu õổồỹc
bióỳn õọứi õổa õóỳn õỏửu ra. Xung nhởp õaớm baớo cho quaù trỗnh so saùnh kóỳt thuùc mồùi õổa tờn
hióỷu vaỡo bọỹ nhồù.
óứ õaớm baớo maỷch hoaỷt õọỹng ọứn õởnh, quaù trỗnh maợ hoùa ồớ
bọỹ maợ hoùa phaới kóỳt thuùc
trổồùc khi coù mọỹt chu kyỡ xung nhởp mồùi.
Maỷch naỡy coù ổu õióứm laỡ tọỳc dọỹ chuyóứn õọứi nhanh (caùc bit taỷo ra õọửng thồỡi), sai sọỳ
bióỳn õọứi thỏỳp, coù thóứ taỷo ra daỷng maợ theo yù muọỳn. Tuy nhión, noù coù kóỳt cỏỳu phổùc taỷp do
-
S
1

+
R
R
R
FF
FF
FF

MAẻ

HOẽA

Xung nhởp
U
D
+ V
chuỏứn

V
A


-
S
2

+
-
S
m

+

83
coù sọỳ linh kióỷn lồùn. Nón vióỷc ổùng duỷng chố coù giồùi haỷn vồùi chuyóứn õọứi AD coù sọỳ bit nhoớ
vaỡ tọỳc õọỹ cao.

V
A
1 2 3 4 5 6 7 Nhở phỏn

0 < V
A
< 1
1 < V
A
< 2
2 < V
A
< 3
3 < V
A
< 4
4 < V
A
< 5
5 < V
A
< 6
6 < V
A
< 7
7 = V
A

0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0
1 1 0 0 0 0 0
1 1 1 0 0 0 0
1 1 1 1 0 0 0
1 1 1 1 1 0 0

1 1 1 1 1 1 0
1 1 1 1 1 1 1
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
ặu õióứm :
Tọỳc õọỹ bióỳn õọứi nhanh, sai sọỳ bióỳn õọứi thỏỳp vaỡ coù thóứ taỷo ra daỷng maợ theo yù muọỳn.
Nhổồỹc õióứm :
- Kóỳt cỏỳu maỷch phổùc taỷp vồùi sọỳ linh kióỷn khaù lồùn.
- Phổồng phaùp naỡy chố duỡng trong caùc ADC yóu cỏửu sọỳ bit N nhoớ vaỡ tọỳc õọỹ chuyóứn
õọứi cao.
6.4.2 Phổồng phaùp chuyóứn õọứi nọỳi tióỳp theo maợ nhở phỏn







S
S
Trổỡ
V
ch2
=V

Amax
/4
V
ch3
=V
Amax

/8
V
A
V
ch1

=V
Amax
/2
1

0

2
2
2
1
2
0
TệNG 1 TệNG 2
TệNG 3
Hỗnh 6.5. Bọỹ chuyóứn õọứi AD nọỳi tióỳp theo maợ nhở phỏ
n

84
Mäùi táưng bao gäưm mäüt bäü so sạnh, mäüt khọa âiãưu khiãøn v mäüt mảch trỉì.
Mäüt âáưu vo ca cạc bäü so sạnh l mỉïc âiãûn ạp ngỉåỵng. Mỉïc âiãûn ạp ngỉåỵng låïn nháút
l
2
V
maxA
åí táưng âáưu tiãn v tỉång âỉång våïi bit låïn nháút. Åí nhỉỵng táưng sau, âiãûn ạp
ngỉåỵng s l :
4
V
maxA
,
8
V
maxA
ty theo säú táưng sỉí dủng trong mảch.
Mảch chuøn âäøi theo phỉång phạp ny cọ säú táưng bàòng säú bit cáưn xạc âënh. Mäùi táưng
cho ra mäüt bit. Gi xỉí tên hiãûu vo biãún thiãn trong phảm vi 0 ÷ V
A max
. Tên hiãûu vo s
âỉåüc so sạnh våïi âiãûn ạp chøn V
ch1
=
2
V
maxA
.Nãúu V

A
>
2
V
maxA
thç ng ra ca bäü so sạnh
(SS) s cho ra mỉïc logic 1 v lục ny khọa K s âỉåüc näúi tåïi mỉïc âiãûn ạp chøn V
ch1
âãø
mảch trỉì tên hiãûu. Khäúi trỉì s âỉåüc thỉûc hiãûn láúy V
A
=
2
V
maxA
(V
A
- V
ch1
). Kãút qu ca
phẹp trỉì s âỉåüc tiãúp tủc âỉa vo so sạnh åí táưng 2 våïi V
ch2
=
4
V
maxA
. Ngỉåüc lải nãúu V
A
<
V

ch1
thç khọa K s näúi tåïi mỉïc âiãûn thãú 0 v nhåì váûy ton bäü tên hiãûu V
A
s âỉåüc so sạnh
iãúp åí táưng sau.
Åí âáy mảch thỉûc hiãûn phỉång phạp biãún âäøi tưn tỉû nãn tiãún âäü biãún âäøi gim âng kãø
khi tàng säú táưng. Vç váûy åí phỉång phạp ny, ngỉåìi ta thỉåìng giåïi hản säú táưng l 4.
6.4.3 Chuøn âäøi AD näúi tiãúp dng vng häưi tiãúp









SS
CÄ
Ø
NG
N
gưn dao
âäüng
DAC
Bäü âãúm
thûn
n
g
hëch

Kãút qu
a
í
Kêch khåíi
V
A
Hçnh 6.6. Så âäư chuøn âäøi AD näúi tiãúp dng vng häưi tiãúp

85










Khi âỉa xung kêch khåíi vo thç cäøng âỉåüc måí v bäü âãúm hoảt âäüng âãúm xung tỉì
ngưn dao âäüng. Näüi dung ca bäü âãúm s âỉåüc âỉa âãún bäü biãún âäøi AD (ADC âãø biãún âäøi
thnh âiãûn ạp häưi tiãúpV
ht
. V
ht
ln ln âỉåüc so sạnh våïi tên hiãûu vo V
A
. quạ trçnh biãún
âäøi s diãùn ra cho âãún khi tên hiãûu häưi tiãúp cán bàòng våïi tên hiãûu vo v lm âäøi trảng thại
bäü so sạnh. Bäü âãúm l bäü âãúm thûn nghëch. Mäùi khi V

A
< V
ht
thç s âãúm xúng. Vç váûy
khi kãút thục thåìi gian biãún âäøi thç tên hiãûu häưi tiãúp s ln ln dao âäüng xung quanh giạ
trë âiãûn ạp vo V
A
. tỉì bäü âãúm ngỉåìi ta láúy ra kãút qu ca phẹp biãún âäøi AD ny.
Váûy åí phỉång phạp ny thåìi gian biãún âäøi (T biãún âäøi) l mäüt âải lỉåüng thay âäøi v
phủ thüc vo trë säú ca tên hiãûu vo V
A
. thåìi gian biãún âäøi låïn nháút T
Biãún âäøi max
tỉång ỉïng
våïi V
A max
. nãúu bäü âãúm cọ N bêt, chu k ngưn dao âäüng l ∆t thç :
T
Biãún âäøi
= (2
N
- 1) ∆t
Sai säú ténh ca phẹp biãún âäøi ch úu phủ thüc vo sai säú ca bäü DAC v ca bäü so sạnh.
Khi mảch hoảt âäüng khäng cọ block chn nhåï (Sample and Hold) thç sai säú âäüng phủ
thüc ch úu vo thåìi gian biãún âäøi. M thåìi gian biãún âäøi lải phủ thüc vo V
A
nãn
trong trỉåìng håüp ny sai säú khäng tuún tênh.
Váûy nãúu khäng sỉí dủng block chn nhåï thç phỉång phạp ny chè thêch håüp våïi cạc tên
hiãûu mäüt chiãưu hay cạc tên hiãûu cọ táưn säú tháúp, biãún thiãn cháûm.

Sai säú
V
ht
2
N
-1 náúc
V
A
V
A
t

T biãún âäøi
x(t)
∆
x < h
∆
t
∆
x
t
t
1
t
2
t
i
Hçnh 6.5. Âäư thë thåìi gian biãøu diãùn quạ trçnh AD

86
6.4.4 Chuyóứn õọứi AD theo phổồng phaùp õóỳm õồn giaớn

























1

2

Taỷo õióỷn aùp
rng cổa
Taỷo nhởp
M
V
D
V
G
V
C
V
A
Hỗnh 6.6. Bọỹ chuyóứn õọứi AD theo phổồng phaùp õóỳm õồn giaớ
n

V
C
V
A
V
SS1
V
SS2
V

V
C
t

t

t

t

v
g
v
ch

C
R
R
2
R
1

Hỗnh 6.7. sồ õọử khọỳi maỷch taỷo õióỷn aùp rng
cổa vaỡ õọử thở bióứu dióựn nguyón lyù hoaỷt
õọỹng cuớa maỷch

87
ióỷn aùp vaỡo V
A
õổồỹc so saùnh vồùi õióỷn aùp chuỏứn daỷng rng cổa V
c
nhồỡ bọỹ so saùnh SS
1
.
Khi V

A
> V
c
V
SS
= 1
Khi V
A
< V
c
V
SS
= 0
Bọỹ so saùnh 2 (SS
2
) so saùnh õióỷn aùp rng cổa V
c
vồùi mổùc 0 (õỏỳt). Sau õoù V
SS1
vaỡ V
SS2

õổồỹc õổa õóỳn maỷch AND.
Xung ra V
G
coù õọỹ rọỹng tyớ lóỷ vồùi õọỹ lồùn cuớa õióỷn aùp vaỡo V
A
vồùi giaớ thióỳt xung rng cổa
V
c

coù õọỹ dọỳc khọng õọứi.
Maỷch AND thổù hai chố cho ra caùc xung nhởp trong thồỡi gian tọửn taỷi xung V
G
nghộa laỡ
trong thồỡi gian maỡ 0 < V
A
< V
C
. maỷch õóỳm õỏửu ra seợ õóỳm sọỳ xung nhởp õoù. Sọỳ xung naỡy tyớ
lóỷ vồùi õọỹ lồùn cuớa V
A
. Bọỹ taỷo xung rng cổa thổỷc chỏỳt laỡ maỷch tờch phỏn.
Duỡng õióỷn aùp chuỏứn mọỹt chióửu V
ch
õóứ naỷp cho tuỷ õióỷn C qua õióỷn trồớ R.
Ta coù õióỷn aùp ra :
V
C
= - t.
R
V
dt
R
V
dtV
R
1
C
ch
t

o
C
ch
t
o
ch
C

=

=


V
C
=
tR
V
V
R
R
C
ch
'
C
1
1
= = | a | t
Giaớ sổớ taỷi t = t
m

thỗ V
C
V
A
, ta coù :


V
A
=
ch
A
MM
C
ch
V
V
tt
R
V
=
.R.C
Goỹi Z laỡ sọỳ xung nhởp õóỳm õổồỹc trong thồỡi gian t
M
Z = f
n
.t
M

Vồùi f

n
: tỏửn sọỳ xung nhởp


Z = f
n
.
ch
A
V
V
.R.C (*)
Tổỡ (*) a) Z tố lóỷ vồùi V
A

b) Muọỳn giaớm sai sọỳ cho pheùp bióỳn õọứi thỗ phaới choỹn R, C loaỷi tọỳt, tỏửn sọỳ xung
nhởp f
n
phaới lồùn, vaỡ V
ch
phaới ọứn õởnh


88
6.4.5 Chuyóứn õọứi AD theo phổồng phaùp tờch phỏn hai sổồỡn dọỳc

Goỹi :
t
1
: thồỡi gian õóỳm ổùng vồùi sọỳ xung laỡm bọỹ õóỳm
bở traỡn.
t
2
: thồỡi gian tờch õióỷn aùp chuỏứn V
ch

V
C
: õióỷn aùp rng cổa ồớ õỏửu ra cuớa bọỹ tờch phỏn.
V
SS
: õióỷn aùp ra cuớa bọỹ so saùnh
Z : sọỳ xung õóỳm õổồỹc.
Z
o
: sọỳ xung trong thồỡi gian t
0
V
ch
: õióỷn aùp chuỏứn coù cổỷc tờnh nhổ hỗnh veợ
V

A
: õióỷn aùp vaỡo (cổỷc tờnh nhổ hỗnh veợ)

Hoaỷt õọỹng cuớa maỷch :
ớ traỷng thaùi õỏửu tión, khoùa K luọn õỷt ồớ vở trờ 1. Maỷch tờch phỏn seợ tờch phỏn V
A
, trong
khi õoù bọỹ õóỳm seợ õóỳm xung tổỡ nguọửn dao õọỹng chuỏứn tỏửn sọỳ f
n
. V
A
õổồỹc tờch phỏn trong
thồỡi gian t
1
cho õóỳn khi bọỹ õóỳm bở traỡn (thồỡi õióứm t
1
). Luùc naỡy maỷch logic seợ õióửu khióứn
R
C
C
ỉ
NG
N
guọửn dao
õọỹng
Bọỹ õóỷm
Kóỳt qu
a
ớ
Flip Flop

t
raỡn
Maỷch
lo
g
ic
U
A
U
ch
+

+

_

_

1

2

K
V
C
V
SS
Z
O
Z

t

t

t

t
2
t
1
ọỹ dọỳc do
U
ch
taỷo ra
Hỗnh 6.8. Bọỹ chuyóứn õọứi AD theo phổồng phaùp tờch phỏn 2 sổồỡn dọỳc
Hỗnh 6.9. ọử thở bióứu dióựn nguyón lyù hoaỷt õọỹng cuớa maỷch

89
chuyóứn khoùa K sang vở trờ 2 vaỡ maỷch tờch phỏn seợ tióỳp tuỷc tờch phỏn V
ch
nhổng vồùi chióửu
ngổồỹc laỷi vỗ V
ch
coù cổỷc tờnh ngổồỹc cổỷc tờnh V
A
. Khi tờn hióỷu ra cuớa bọỹ tờch phỏn V
C
giaớm
xuọỳng bũng 0 thỗ maỷch so saùnh seợ õoùng cọứng. Nọỹi dung ghi trong bọỹ õóỳm laỡ kóỳt quaớ bióỳn

õọứi. Noù tố lóỷ vồùi thồỡi gian tờch phỏn õióỷn aùp chuỏứn t
2
.
ióỷn aùp naỷp cho tuỷ C trong thồỡi gian t
1
nhồỡ maỷch tờch phỏn V
A
.
V
Ct1
=
C
A
R
V
t
1
(1)
ióỷn aùp naỷp cho tuỷ C trong thồỡi gian t
2
theo chióửu ngổồỹc laỷi nhồỡ V
A
.
V
Ct2
= -
C
ch
R
V

t
2
(2)
Trong thồỡi gian t
2
õióỷn aùp trón tuỷ giaớm xuọỳng bũng 0 :
| V
Ct1
| = | V
Ct2
|

C
A
R
V
t
1
=
C
ch
R
V
t
2

t
2
=
ch

A
V
V
.t
1

Sọỳ xung Z
o
õóỳm õổồỹc trong thồỡi gian t
1
:
Z
o
= t
1
.f
n
t
1
=
n
o
f
Z

f
n
: tỏửn sọỳ cuớa dao õọỹng chuỏứn
Do õoù sọỳ xung õóỳm õổồỹc cuớa bọỹ õóỳm nhồỡ bọỹ õóỳm vaỡ õổa ra kóỳt quaớ trong thồỡi gian t
2

:
Z = t
2
.f
n
=
ch
A
V
V
.t
1
.f
n
=
ch
A
V
V
.
n
o
f
Z
.f
n
=
ch
A
V

V
.Z
o

Vỏỷy nọỹi dung trong bọỹ õóỳm tyớ lóỷ vồùi õióỷn aùp vaỡo V
A
cỏửn chuyóứn õọứi.
ặu õióứm : trong bióứu thổùc Z =
ch
A
V
V
.Z
o
khọng coù tham sọỳ R
C
cuớa maỷch vaỡ cuợng khọng
phuỷ thuọỹc vaỡo xung dao õọỹng chuỏứn f
n
nhổ trong phổồng phaùp õóỳm õồn giaớn vỗ vỏỷy kóỳt