ĐỀ CƯƠNG đo LƯỜNG

ĐO LƯỜNG
CÂU 1: Gia công tín hiệu là gì? Trình bày các hoạt động gia công tín hiệu
1. Gia công tín hiệu (hay chuẩn hóa tín hiệu -Signal conditioning): biến
đổi tín hiệu từ dạng sơ cấp về dạng thuận tiện cho xử lý tiếp theo
VD: biến đổi sự thay đổi điện trở của cảm biến điệntrở nhiệt thành sự thay đổi
của điện áp.
• Thông thường, mạch chuẩn hóa tín hiệu cho phép hiệu chỉnh tăng cường tuyến
tính.
• Biến đổi tín hiệu cảm biến về dạng cuối (bao gồm: khuếch đại, biến đổi về giao
diện chuẩn).
2. Các hoạt động gia công tín hiệu
- Thu nhận dữ liệu (Data Acquisition): trộn tín hiệu vào, chuyển đổi về dạng
số và truyền tới giao diện máy tính. VD: PCI hoặc USB
- Chuyển đổi tín hiệu: biến đổi tín hiệu từ dạng này sang dạng khác. VD: Biến
đổi A/D hoặc biến đổi AC/DC
- Khôi phục tín hiệu: phục hồi hoặc cải thiện chất lượng tín hiệu. VD: loại bỏ
ảnh hưởng của tạp âm
- Khuếch đại tín hiệu: tăng giá trị tín hiệu nhưng vẫn bảo toàn các tham số khác
(VD: băng thông tần số, dạng sóng ...).
- Cách ly tín hiệu: tách (vật lý) các mạch vào và mạch ra.
- Lọc tín hiệu: chỉ truyền tới đầu ra các thành phần hài đã chọn từ tín hiệu vào.
- Hòa hợp tín hiệu: chuyển đổi tín hiệu từ dạng tùy ý về dạng chuẩn (hoặc dạng
thông dụng). VD: biến đổi tín hiệu đo về tín hiệu ± 5V (chấp nhận bởi hầu hết
các mạch số).
 Điều chế tín hiệu:
 VD: biến đổi tín hiệu đo thành tín hiệu cao tần với một tham số nào đó (biên
độ, tần số, pha) thay đổi theo thông tin đo lường.
CÂU 2: Nêu ví dụ về mạch chuyển đổi giá trị đỉnh AC thành DC
Điện áp chỉnh lưu được đưa tới C.
- Nếu hằng số thời gian của các
mạch RC (mạch nạp và phóng) được

thiết kế sao cho quá trình nạp nhanh,
còn quá trình phóng chậm thì điện
áp trên tụ sẽ bằng với giá trị đỉnh
của điện áp nguồn cung cấp.
- BCĐ giá trị đỉnh: C1 được nạp tới giá trị đỉnh. Mạch hồi tiếp (R1 và D1) bảo
vệ bộ khuếch đại khỏi bão hòa khi Uincho phép tụ C phóng và lặp lại sự chuyển đổi.
1


- BCĐ giá trị đỉnh-đỉnh: 2 BCĐ giá trị đỉnh được kết nối tới bộ KĐ vi sai.
CÂU 3: Nguyên lý làm việc của bộ chuyển đổi điện áp tần số
Các tín hiệu biến đổi theo thời
gian (tần số, chu kỳ, độ dịch
pha, độ rộng xung) miễn
nhiễm hơn đối với nhiễu (so
với tín hiệu biến thiên theo
biên độ).
- Tần số có thể đo dễ dàng với
độ chính xác cao.
Tần số của tín hiệu đầu ra phụ thuộc vào biên độ của điện áp đầu vào
f =Uin/RCUref
Chuyển đổi điện áp - tần số lên tới
100 kHz với sai số phi tuyến nhỏ
hơn 0,05%.
• Hệ số chuyển đổi K=Uin/f có thể
được thiết lập bằng cách mắc điện
trở R và tụ C bên ngoài với giá trị
thích hợp vào bộ chuyển đổi.
• Ví dụ ứng dụng: chuyển đổi nhiệt

độ với hệ số chuyển đổi 10 Hz/0C
CÂU 4:Yêu cầu về khuếch đại tín hiệu đo lường
Khuếch đại, ngoài khuếch đại điện áp, còn cho phép cải thiện chất lượng của tín
hiệu (tỷ số tín trên tạp).
 Yêu cầu của BKĐ:
- Hệ số khuếch đại Ku=Uout/Uin đủ lớn và ổn định
- Trở kháng vào lớn và trở kháng ra nhỏ
- Không gây ra méo.
 Các loại méo do BKĐ:
- Méo tần số (méo tuyến tính): Do tăng ích không đều ở mọi tần số trong tín
hiệu. Yêu cầu để méo tuyến tính nhỏ:
2


- Băng tần vừa đủ rộng
- Tăng ích Ku đều cho mọi tần số trong băng tần.
- Méo biên độ (méo phi tuyến): Do đặc tính truyền đạt phi tuyến  hài; thường
xảy ra khi tín hiệu vào lớn  cần hạn chế tín hiệu vào bằng hồi tiếp âm
Các tham số quan trọng của BKĐ:
- Băng thông tần số (giải thông): giải tần trong đó HSKĐ Ku
không giảm quá 3 dB
- Tính động của BKĐ: tỷ số giữa tín hiệu nhỏ nhất và lớn nhất có
thể phát hiện được (phụ thuộc mức tạp âm và trôi không)
Yêu cầu bộ KĐTT trong đo lường (bộ KĐ đo lường)
 Hệ số khuếch đại lớn, chính xác và ổn định.
 Hệ số CMMR nên lớn hơn 110 dB
 Độ trôi 0 do nhiệt độ nhỏ hơn 1µV/0C
 Trở kháng vào lớn hơn 109 Ω
 Dòng phân cực đầu vào nhỏ hơn 10 nA (với transistor lưỡng cực) hoặc 10pA
(đối với transistor trường)

 Tạp âm dưới 10 nV/Hz
 Sai số phi tuyến dưới 0,01% (có thể đạt tới 0,0001%)
 Độ rộng băng tần không nhỏ hơn 100 kHz (có thể đạt được lớn
hơn 100 MHz).
CÂU 5: KĐ cách ly là gì? Các giải pháp thực hiện bộ KĐ cách ly
Nhiều trường hợp cần bảo đảm cách ly dòng
điện một chiều giữa mạch vào và mạch ra.
• Khi đo tín hiệu vi sai rất nhỏ bị chồng lên tín
hiệu chung lớn.
• Khi sai lệch lớn giữa điện thế đất của mạch
vào và mạch ra (VD: trong các thiết bị y tế).
• Khi mạch vào ở xa phần còn lại của mạch điện
và hai phần này được cấp nguồn khác nhau.
• Hệ số nén tín hiệu cách ly IMRR (Isolation
Mode Rejection Ratio):
1. BKĐ cách ly dùng biến áp

3


Thiết bị cách ly là biến áp
(không biến đổi tín hiệu
DC).
 Kết hợp bộ điều chế (biến
đổi DC  AC) và bộ giải
điều chế để khôi phục lại tín
hiệu DC.
2. BKĐ cách ly dùng tụ điện
Phần tử cách ly là tụ điện có giá
trị điện dung cỡ 1 pF

 Mạch tích phân tương tự - số
A1 chuyển đổi thành tín hiệu vào
thành AC  truyền qua tụ điện.
Bộ khuếch đại tích phân A2.
chuyển đổi tín hiệu AC lại thành
DC.
3. BKĐ cách ly dùng truyền dẫn ánh sáng
Phần tử cách ly sử dụng truyền dẫn ánh
sáng
 Đi ốt LED D3 chiếu sáng hai đi ốt thu
quang đồng nhất D2 trong mạch ra
(chuyển đổi dòng điện/điện áp) và D1
trong mạch vào (chuyển đổi điện áp/
dòng điện).
 Đi ốt D1 trong mạch hồi tiếp giảm
thiểu sai số phi tuyến.
 Do cả hai đi ốt bị chiếu sáng như nhau
vì vậy I1=I2=Iin.
4. Bộ khuếch đại cách ly dùng từ trường
Dòng điện trong cuộn phẳng tạo ra từ
trường được phát hiện bởi cảm biến điện
trở từ (GMR - Giant Magnetoresistance).
 Cảm biến GMR trong mạch hồi tiếp
chỉ phát hiện sự tồn tại của từ trường 
tính phi tuyến của GMR không ảnh
hưởng đến tính tuyến tính của thiết bị.
CÂU 6: Trình bày sơ đồ khối và nguyên lý của BKĐ Băm, autozero?
4

Vấn đề đối với KĐ các tín hiệu DC nhỏ: hiện tượng trôi 0 do nhiệt độ
 Hai kỹ thuật khắc phục ảnh hưởng của trôi 0 do nhiệt độ:
+ Khuếch đại băm (hay KĐ biến điệu): Biến đổi DC thành AC (để tách
trôi 0 DC với tín hiệu hữu ích AC)  KĐ tín hiệu AC  chuyển đổi trở lại DC.
+ Khuếch đại auto-zero: Bộ khuếch đại sẽ bị hủy kết nối theo chu kỳ khỏi
đầu vào, khi đó đầu vào được ngắn mạch tới đất và thành phần 0 được bù.
1. BKĐ băm

Tín hiệu vào bộ khuếch đại (với Uin là tín hiệu vào và tần số chuyển mạch làω0)

Lọc bỏ các hài bậc cao, điện áp ra bộ khuếch đại là (với thành phần DC là U0 và
trôi 0 là ∆U0)

Thành phần DC bị chặn bởi tụ C, nên

Sau chuyển mạch thứ hai
Sau lọc
Thành phần U02 là trôi 0 của bộ khuếch đại cuối cùng, có thể bỏ qua bởi khi
được cộng vào tín hiệu đầu ra lớn.
Nhược điểm của BKĐ băm:
 Độ rộng băng tần hạn chế
 Khó thực hiện chế độ KĐ vi sai
 Yêu cầu lọc tín hiệu
2. BKĐ auto-zero

5


Bước a: ΦA đóng, ΦA mở.
BKĐ B được nối tới đầu vào,

BKĐ A bị ngắn mạch.
BKĐ A chỉ khuếch đại tín hiệu
lệch U0SA và đưa tới mạch hồi
tiếp

U’OA nạp cho tụ CM1
Bước b: ΦA ngắt, ΦB đóng. Điện áp ra của BKĐ A:
UNA là điện áp rơi trên tụ CM1:
đóng góp của thành phần trôi 0 giảm (1+β)
Tín hiệu ra

Độ trôi 0 được KĐ theo hệ số nhỏ hơn β lần so với điện áp vào. Thành phần trôi
0 kết quả U0S là:
Do β lớn nên thành phần trôi 0 giảm (còn cỡ nV) mà không
hạn chế băng tần và có khả năng hoạt động ở chế độ vi sai:
CÂU 7: Trình bày sơ đồ khối và nguyên lý của BKĐ Lock-in
Sử dụng BKĐ lock-in: Chọn lọc bằng bộ tách sóng nhạy pha, chọn từ tín hiệu
đầu vào chỉ những thành phần có cùng tần số và pha với điện áp tham chiếu.

6


CÂU 8: Trình bày mạch chuyển đổi dòng điện – điện áp, điện áp –
dòng điện
Trong các chuyển đổi đo lường, hồi
tiếp âm giúp cải thiện độ chính xác của
chuyển đổi và cho phép tác động đến
trở kháng vào và trở kháng ra.

CÂU 9: Ảnh hưởng của hồi tiếp âm đến các đặc tính của chuyển đổi

Hồi tiếp âm cải thiện hầu hết các đặc trưng của bộ chuyển đổi: độ chính xác, độ
tuyến tính, trở kháng vào, trở kháng ra, và đặc tính động.
 Nhược điểm chính của sử dụng hồi tiếp là gây nên rủi ro về sự không ổn định
của toàn bộ chuyển đổi. Vì vậy, trong một số trường hợp, cần phải có một số
hiệu chỉnh đặc biệt.
1.Ảnh hưởng của hồi tiếp âm tới độ chính xác của chuyển đổi
Hệ số CĐ phụ thuộctăng
ích của BKĐ (không ổn
định) Thay đổi tăng ích
của BKĐ ít ảnh hưởng tới
ĐCX của chuyển đổi (với
Gβ lớn  K rất nhỏ  có
thể
bỏ qua).
2. Ảnh hưởng của hồi tiếp âm tới độ tuyến tính của chuyển đổi
Như vậy, ∆U << Uin (ví dụ, nếu
Uin trong phạm vi mV thì ∆U sẽ ở
trong miền µV).

7


Dòng điện đầu ra qua điện trở hồi tiếp Rw
làm tự cân bằng cầu  khi đó ∆U có độ
lệch chuẩn rất nhỏ (hoặc ∆Rx không cân
bằng rất nhỏ)  giảm phạm vi không cân
băng của cầu  giảm sai số phi tuyến của
bộ CĐ.
Dòng điện đầu ra trong cuộn hồi tiếp tạo
ra từ trường hồi tiếp BFD để cân bằng

mạch cầu.
• Cảm biến hoạt động như một bộ phát
hiện từ trường bằng 0. Ngay cả khi nó phi
tuyến thì toàn bộ chuyển đổi vẫn tuyến
tính (vì chỉ sử dụng một phần tuyến tính
nhỏ của đặc tuyến truyền đạt).
3. Ảnh hưởng của hồi tiếp âm tới trở kháng của chuyển đổi

Như vậy, áp dụng hồi tiếp dòng
điện  có BCĐ với đầu ra dòng
điện (trở kháng lớn - nguồn dòng);
áp dụng hồi tiếp điện áp  có
BCĐ với đầu ra điện áp (trở kháng
nhỏ - nguồn áp).
4. Ảnh hưởng của hồi tiếp âm tới đặc tính động của chuyển đổi
Như vậy, hằng số thời gian T giảm đi
1+βKu  độ nhạy cũng giảm đi như
vậy.

8


CÂU 10: Trình bày sơ đồ nguyên lý làm việc của BKĐ tích phân, vi phân,
mạch cộng, mạch trừ, mạch nhân
1. BKĐ tích phân
Sử dụng hồi tiếp thích
hợp, ta có thể tạo ra nhiều
đặc tính truyền đạt thực
hiện các hàm toán học
khác nhau như: tích phân,

vi phân, logarith, nhân,
chia, cộng, trừ …
U0 là điện áp trên tụ C
trước khi tích phân
2. BKĐ vi phân
Với mạch vi phân lý
tưởng
Khắc phục hiện tượng
cổng hưởng ở tần số cao
bằng các điện trở R3 và
R4.
3. Bộ nhân
9


Bộ nhân đóng vai trò rất quan trọng nhất trong xử
lý tín hiệu tương tự, dùng để thực hiện các phép
toán: nhân, chia, bình phương, căn bậc hai, các hàm
lượng giác, tính RMS, tính công suất điện, điều chế
và giải điều chế nhạy pha.
 Hai kỹ thuật thực hiện bộ nhân: nhân hỗ dẫn
Gilbert hoặc tính loga/đối loga.

4. Bộ cộng và bộ trừ

BKĐTT được sử dụng để cộng các tín hiệu
CÂU 11: Trình bày về các mạch lọc sallen-key thông thấp và thông cao?
Kết nối vài bộ lọc nối tiếp 
tăng bậc bộ lọc và độ dốc đặc
tính trong vùng chuyển dịch,

nhưng cũng làm tăng suy hao tín
hiệu có ích và ảnh hưởng tới đặc
tính tần số.
 Khắc phục: Sử dụng BKĐ để hỗ trợ bộ lọc RC thụ động.

10


Bộ lọc thông dải
đạt được bằng
cách kết hợp bộ
lọc thông thấp
và thông cao.

Bảng các đa thức mẫu của bộ lọc Butterworth được tạo từ các thành phần bậc 1
và bậc 2

Cách đơn giản nhất để đạt được bộ lọc có bậc cao hơn là ghép nối tiếp các bộ
lọc bậc thấp.
 VD, để đạt được bộ lọc bậc 4  kết nối hai bộ lọc bậc 2; để đạt được bộ lọc
bậc 5  kết nối thêm bộ lọc bậc 1
Ví dụ về thiết kế bộ lọc tương tự
Thiết kết bộ lọc Butterworth bậc 4 với tần số cắt là 1 kHz.

Bộ lọc thông thấp Butterworth bậc 4 với tần số cắt 1 kHz

Điện trở R được thể hiện như điện dẫn G (để đơn giản cho tính toán). Với điện
trở chuẩn hóa 1 Ω

11

CÂU 12: Nhiễu, tạp âm là gì? Các giải pháp giảm nhiễu thông qua kết nối
tín hiệu đo đến BKĐ
1. Tạp âm và nhiễu của tín hiệu tương tự
Các tín hiệu đo lường thường đồng hành với nhiễu và tạp âm; đôi khi với mức
có thể so sánh với mức tín hiệu đo.
• Tạp âm là các tín hiệu ngẫu nhiên có tần số và biên độ không xác định (tạp
trắng là tín hiệu về lý thuyết có tất cả thành phần tần số).
• Nhiễu là các tín hiệu đến từ các nguồn bên ngoài khác nhau; thông thường,
những tín hiệu này có tần số lưới điện 50 Hz và hài của tần số này.
2. Các phương pháp loại bỏ tạp nhiễu
Nhiễu đo có thể được loại bỏ nhờ các bộ lọc:
 Bộ lọc thông thấp LP  loại bỏ nhiễu tần số cao (VD: nhiễu tần số vô tuyến)
 Bộ lọc thông cao HP  loại trừ nhiễu tần số công nghiệp
 Bộ lọc thông dải BP và bộ lọc chặn chặn dải BR  phân tách tín hiệu hữu
ích khỏi tín hiệu nhiễu.

Áp dụng đầu vào tín hiệu vi sai cho các bộ khuếch đại (loại bỏ các tín hiệu đồng
pha), hoặc sử dụng các cảm biến vi sai (VD để loại bỏ ảnh hưởng của nhiệt độ
bên ngoài).
 Áp dụng cách ly dòng một chiều cho mạch điện (các bộ khuếch đại cách ly).
 Áp dụng các bộ tách sóng nhạy pha - trong các bộ khuếch đại lock-in để loại
bỏ tạp âm.
 Loại bỏ độ trôi 0 nhiệt độ bằng áp dụng các hàm auto-zero.
 Nối đất chính xác và che chắn các phần khác nhau của mạch điện, ví dụ áp
dụng đất Wagner trong các mạch cầu AC.
3. Các giải pháp giảm nhiễu thông qua kết nối tín hiệu đo đến BKĐ
a. Giảm nhiễu bằng cặp dây xoắn

12


Nhiễu được giảm vì điện áp e’
và e’’ cảm ứng từ dây lân cận
bù cho nhau, và phần còn lại
của điện áp cảm ứng ∆e có
hướng ngược lại trong vòng
lân cận của cặp dây xoắn.
b. Giảm nhiễu bằng cáp quang
Tín hiệu điện được chuyển thành ánh
sáng bằng LED hoặc đi ốt laze.
 Tín hiệu quang được chuyển đổi lại
thành tín hiệu điện bằng bộ tách sóng
quang trước khi đưa tới máy thu.
c. Suy hao nhiễu theo phương pháp kết nối

CÂU 13: Trình bày các nguyên lý lấy mẫu và lượng tử hóa, trích và giữ
mẫu
Lấy mẫu
Trình tự xử lý tín hiệu số:
chuyển đổi tín hiệu tương tự
thành dạng số  xử lý tín hiệu
số (ADC)  chuyển đổi tín
hiệu số về tín hiệu tương tự
(DAC).
 Lấy mẫu: Số hóa tín hiệu
tương tự theo thời gian
Tần số lấy mẫu fs = 1/Ts [Hz] hoặc [SpS]
Lượng tử hóa: Số hóa tín hiệu theo giá trị

 Tín hiệu tương tự x(t) = Xmsinωt được chuyển đổi thành tín hiệu x(n) = Xn
+ Xm là biên độ của tín hiệu tương tự
+ Xn là giá trị của tín hiệu với chỉ số n
13


 Kết quả của việc số hóa theo thời gian trên trục x được thay thế bởi chỉ số n
và mọi mẫu được mô tả theo chỉ số n của nó.
 Chu kỳ lấy mẫu Ts = 1/f
Lượng tử hóa
Lượng tử hóa: mỗi mẫu
được gán một giá trị số
(thường ở dạng nhị
phân).
Mạch trích-giữ mẫu
ADC cần thời gian nhất định để thực hiện quá trình lấy mẫu và lượng tử hóa 
ADC thường được đặt sau mạch trích-giữ mẫu SH (Sample and Hold).
Các mạch SH có hồi tiếp hoạt
động chậm hơn các mạch đơn
giản, nhưng độ chính xác xử
lý tín hiệu tốt hơn.

Mạch SH thường có
trong nhiều bộ xử lý
số (gồm ADC và
DAC). Với DAC, SH
làm mượt tín hiệu và
loại bỏ nhiễu xung.
CÂU 14: Trình bày thế nào là oversampling, undersampling,
downsampling, upsampling

Lấy mẫu Oversampling

14


Tần số lấy mẫu càng
cao  yêu cầu chất
lượng của bộ lọc
càng ít quan trọng 
cần kỹ thuật lấy mẫu
oversampling.
sử dụng BL chống
chồng phổ:
 Ưu điểm: chi phí
thấp, đơn giản

 Nhược điểm: Phải sử dụng các bộ chuyển đổi ADC với tốc độ lấy mẫu cao
hơn  giá thành cao.
 Sử dụng Oversampling:
+ Có thể sử dụng BL chống chồng phổ với bậc thấp hơn
+ Sau khi chuyển đổi thành tín hiệu số, có thể sử dụng bộ lọc chống chồng phổ
số đơn giản hơn nhiều và sau đó sử dụng bộ lọc lấy mẫu xuống để khôi phục tốc
độ lấy mẫu thấp hơn.
+ Tăng dải động và độ phân giải của chuyển đổi ADC
+ Tăng tần số lấy mẫu  mở rộng băng thông  giảm tạp âm trong bang tần
hữu ích  tăng dải động và độ phân giải của chuyển đổi ADC.
Lấy mẫu Undersampling
Còn gọi là lấy mẫu băng thông
 Điều chỉnh ĐL Shannon: Tần số lấy mẫu cần phải lớn hơn ít nhất hai lần độ
rộng băng tần (không cần là lớn hơn hai lần tần số tín hiệu lớn nhất).

 VD: Với tín hiệu nằm trong băng tần 45 MHz-55 MHz, sử dụng tần số lấy
mẫu 20 MHz là đủ (thay cho 110 MHz). Cần bộ lọc chống chồng phổ thông dải
(thay cho bộ lọc thông thấp).
CÂU 15: Trình bày các bộ chuyển đổi ADC kiểu SAR, FLASH, Tích phân
1. Chuyển đổi SAR
Các điện áp chuẩn Uref/2,
Uref/4, Uref /8, …Uref/2N
liên tiếp được so sánh với
điện áp chuyển đổi Uin.
Nếu điện áp chuẩn < Uin
 gia số được chấp nhận
trong thanh ghi  thanh
ghi gửi tín hiệu 1 tới đầu
15


ra.
Nếu điện áp chuẩn ≥ Uin
 gia số không được
chấp nhận  thanh ghi
gửi tới đầu ra tín hiệu 0.

Một trong các ADC phổ biến nhất
 Độ phân giải 16 hoặc 18 bit
 Tốc độ 0.5-5 MSPS
 Thời gian chuyển đổi 1 µs đối với chuyển đổi 16 bit
 Phù hợp với hầu hết các ứng dụng.
2. Chuyển đổi Flash
Các điện áp trọng số nhị
phân đồng thời được kết

nối tới 2N bộ so sánh (mỗi
bộ so sánh biểu diễn 1
bit).
Ưu điểm: Tốc độ chuyển
đổi nhanh
 Thời gian chuyển đổi
rất nhỏ (<1 ns) và có thể
đạt tốc độ lấy mẫu trên 1
GSPS
 Nhược điểm:
+ Giá thành cao do cần nhiều bộ so sánh (VD: Với ADC-8 bit, cần 255 bộ so
sánh; Với ADC-16 bit, cần 65535 bộ so sánh)  thường chỉ chế tạo tới 8-bit.
+ Độ phân giải kém (do số bit nhỏ).
+ Tiêu hao nguồn lớn (do có nhiều bộ so sánh).
3. Chuyển đổi tích phân

16


Thông thường là
chuyển đổi tích phân 2
sườn dốc (dual-slop)
 Ưu điểm: khả năng
chống nhiễu
 Nhược điểm: Thời
gian chuyển đổi dài

 Ứng dụng: Dùng trong các vôn mét số DC (thường là 12 bit hoặc 15 bit hiển thị 3 ½ hoặc 4 ½ số).
 Xu hướng được thay thế bằng ADC kiểu Delta-Sigma
Chuyển đổi hai sườn dốc (dual slope): 2 nửa chu trình.

 Nửa chu trình 1: U x
được đưa tới BTP trong
thời gian cố định T1. Xung
đồng hồ (tần số fcl ) đưa
tới bộ đếm. Nửa chu trình
đầu kết thúc khi bộ đếm
chỉ giá trị đã xác định, VD
N1=1000.

Điện áp ở đầu ra BTP tăng với độ dốc cố định tới giá trị:
 Nửa chu trình 2: điện áp Uref (cực tích ngược với Ux ) được nối tới BTP và
bộ đếm bắt đầu đếm số xung đồng hồ. Điện áp ra BTP giảm tới thời điểm BSS
phát hiện 0. Trạng thái 0 xuất hiện khi:
Số xung đếm được
do đó, trạng thái cuối cùng của bộ đếm phụ thuộc vào giá trị điện áp chuyển đổi
Ux , vào N1 (có thể cố định rất chính xác) và vào Uref ; không phụ thuộc vào
RC và tần số của bộ tạo dao động đồng hồ.
Ưu điểm: Khả năng loại trừ tạp âm AC
 Giả sử điện áp đo DC bị nhiễu bởi điện áp AC có dạng Uint=Umsin(ωt+ϕ)
 Sau khi tích phân
17


Nếu khoảng thời gian lấy tích phân T được cố định với T=2π/ω  toán hạng thứ
hai (nhiễu AC) sẽ bằng 0. Tỷ số khử tạp âm RSNR

ADC tích phân hoạt động như bộ lọc chọn
lọc, loại trừ thành phần f=1/T và các hài của
tín hiệu này. T thường được cố định (20 ms)
 cho phép loại bỏ tín hiệu 50 Hz và các

hài của nó.
 Thực tế, T thường được đồng bộ với tần
số của điện áp nguồn AC cung cấp.
Nhược điểm của TP 2 sườn dốc: Thời gian tích phân dài
 Khắc phục: chuyển đổi đa sườn dốc (3 hoặc 4 sườn dốc)
Kỹ thuật tích phân đa sườn dốc cải thiện tốc độ chuyển đổi (hoặc cả độ phân
giải); tuy nhiên, phức tạp hơn và cần hai điện trở chính xác.
Chu trình 2 (của dual-slop) được chia thành 2 bước:
 Bước 1: Uref đưa tới BTP có điện trở < R (VD: nhỏ hơn 100 lần)  thời gian
giảm điện áp ra của BTP ngắn đi 100 lần.
 Bước 2: Khi điện áp ra BTP đạt tới ngưỡng xác định  BTP lại được kết nối
điện trở R để phát hiện chính xác trạng thái 0.

Khắc phục trôi 0: áp dụng chức năng auto-zero.

4 chu trình: (1) đầu vào được ngắn mạch và điện trở được kết nối thay vì tụ điện
(chuyển mạch K4), C0 (được kết nối bởi chuyển mạch K5) được nạp tới điện áp
bù. (2) và (3) thường thực hiện hai sườn dốc: điện áp trên C0 bị trừ đi một cách
tự động, tạo ra hiệu chỉnh 0. (4) tụ điện bị ngắn mạch để loại bỏ điện áp đã nạp.
CÂU 16: Các tham số chính của chuyển đổi ADC
18


1•Tần số lấy mẫu và số bit
 Tần số lấy mẫu là quan trọng nếu tần số của tín hiệu xử lý (độ rộng băng tần)
được quan tâm
+ Tần số lấy mẫu không tự động có nghĩa rằng tần số khảo sát ít nhất bằng một
nửa tần số lấy mẫu.
 Số bít cho biết về độ phân giải.
+ Không có nghĩa là số bít (chiều dài của chữ số) tự động mô tả độ chính xác.

 Chỉ khi biết thêm các tham số khác (sai số, mức tạp âm, dải động) mới có đầy
đủ thông tin đầy đủ về chất lượng của ADC.
2• Các sai số phi tuyến chủ yếu
Sai số trôi không của BKĐ và Sai số tăng ích

3. Sai số phi tuyến tích phân và vi phân
Sai số phi tuyến tích phân
(INL): độ lệch giá trị của
hàm truyền thực khỏi
đường thẳng.
Sai số phi tuyến vi phân
(DNL): các bước lượng tử
không bằng nhau (do lượng
tử hóa không chính xác)
4• Các tham số chất lượng
Chất lượng của bộ chuyển đổi tương tự số được mô tả bởi nhiều tham số.
 SNR (tỷ số tín trên tạp): Tỷ số giữa công suất (hoặc rms) của tín hiệu và công
suất (hoặc rms) của tạp âm.

SINAD (tỷ số tín hiệu trên tạp âm và méo): Tỷ số rms của tín hiệu sin với rms
của tạp âm cộng với tất cả các hài của tín hiệu.
THD (méo hài tổng): Tỷ số tổng rms của các hài với thành phần cơ bản.

19


MD (méo xuyên điều chế): Tỷ số rms của thành phần xuyên điều chế cho tín
hiệu không bị méo.
 Xảy ra khi tín hiệu đầu vào chứa hai tín hiệu có tần số f1, f2 và cùng biên độ.
Sau quá trình lấy mẫu, tạo ra các thành phần tần số là f1 - f2, f1 + f2, 2f1 - f2 ,…

 SFDR (dải động không có nhiễu giả): Tỷ số giá trị rms của thành phần tín
hiệu cơ bản với giá trị rms của thành phần nhiễu giả lớn nhất.
 Đáp ứng quá độ: Đáp ứng của bộ chuyển đổi với tác động đầu vào là hàm
bậc thang.
 FPBW (băng thông công suất toàn phần): những điểm trên đặc tính tần số mà
ở đó biên độ của kết quả chuyển đổi được số hóa giảm đi 3 dB.
 Hệ số ENOB (số bít
hiệu quả): Trong một
ADC lý tưởng, chỉ có sai
số lượng tử. Nhưng trong
ADC thực tế, khi tần số
tăng thì tạp âm và méo có
thể là khá đáng kể.
Đối với tín hiệu đầu vào hình sin, ENOB có thể được xác
định từ phương trình:
CÂU 17: Các kỹ thuật chuyển đổi tương tự DAC: DAC sử dụng trọng
số, DAC sử dụng R-2R ladder

20