đo lực và ứng suất, chương 4 pps

Chương 4: Mạch ADC dùng điện áp  Dạng mạch cơ bản: Để tạo điện áp mẫu nấc thang so sánh với điện áp vào dùng mạch ADC mà số nhị phân vào được lấy từ một mạch đếm lên như hình vẽ...  Mạ

Chương 4: Mạch ADC dùng điện áp

 Dạng mạch cơ bản:

Để tạo điện áp mẫu nấc thang so sánh với điện áp vào dùng mạch ADC mà số nhị phân vào được lấy từ một mạch đếm lên như hình vẽ

+

-DAC n bit

Mạch đếm

n bit

EOC

CK xung đồng hồ tần số fc

START dốc lên

V = VR DAC

V

a(+)

Mã

số ra

V= V V (t)

t t

t

 Mạch ADC dùng mạch đếm lên xuống:

Nếu ngã ra của mạch so sánh cho thấy VR<Va mạch logic sẽ điều khiển mạch đếm lên, còn ngược lại sẽ được điều khiển đếm xuống Nếu điện áp Va không đổi, VRsẽ tự dao động xung quanh Va với 2 trị số khác nhau 1 LSB Khi Va thay đổi chậm, VR

theo kịp Va khi đó số đếm của mạch là mã nhị phân tương ứng với trị tức thời của điện áp vào Nhưng nếu Va biến đổi nhanh,

+

-DAC n bit

Counter Up/Down

CK Control Ligic

V = V

R DAC

V a(+)

Mã số

ra

R

R

V

Không thây đổi kịp so với Va(t)

V Va(t)

VR sẽ không theo kịp Va thì số đếm của mạch đếm không phải là mã nhị phân mong muốn

a Mạch ADC lấy gần đúng kế tiếp SAR:

Các mạch đếm ở trên đều không được dùng trong thực tế Ở đây xét mạch đổi lấy gần đúng kế tiếp dùng cách đổi điện áp mẫu một cách hiệu quả hơn khiến số lần chuyển đổi ra mã số n bit chỉ mất n chu kỳ xung CK Mạch đổi gồm mạch so sánh, mạch ghi chuyển đặc biệt và mạch ADC

Mạch ghi chuyển đặc biệt được gọi là mạch ghi lấy gần đúng kế tiếp (Successive Approximation Register: SAR) là mạch có hợp luôn phần điều khiển logic

Khi có xung bắt đầu mạch SAR được đặt lệch về 0 Ngã ra của DAC được làm lệch ½ LSB để tạo đặc tính chuyển đổi, kế đến SAR đưa bit có nghĩa lớn nhất (MSB) lên 1, các bit khác bằng 0 Số nhị phân ra ở SAR được đưa vào mạch DAC

Nếu VR>Va (điện áp tương tự vào) ngã ra Vc của mạch so sánh mức [0] khiến SAR bỏ đi MSB (làm cho nó bằng 0)

Nếu VR<Va thì Vc ở mức cao khiến SAR giữ lại bit MSB (làm cho nó vẫn bằng 1) Tiếp theo, SAR đưa bit có nghĩa kế tiếp lên 1 và được quyết định bởi cách thức như bit MSB ở trên Tiếp tục như vậy cho đến bit cuối cùng của SAR, lúc đó Va gần

VR nhất

b Mạch ADC dùng tín hiệu dốc đơn (Single ramp

converter) :

CK

R DAC +

SAR

-V = -V

DAC n bit

Mã số

ra

Vc Va(t)

START

Tín hiệu chuẩn từng nấc được tạo bởi mạch ADC có thể được thay thế bởi điện áp chuẩn dốc liên tục do mạch tạo tín hiệu dốc lên liên tục tạo ra

Ban đầu:

Mạch so sánh SS1 có V(-)=Va >V(+)=Voffset ngã ra của SS1 là

VC1=[0]

Mạch so sánh SS1 có V(+)=Voffset < V(-)=0  ngã ra của SS1 là

VC2=[0]

 Khi cho xung START đặt vào mạch đếm n bit về 0 và khởi động mạch tạo tín hiệu dốc lên, VR từ giá trị hơi âm tăng đến khi đường dốc cắt trục 0V

Trong khoảng thời gian t1 – t2

Mạch SS2: V(+)=VR > V(-)=0  VC2=[1]

Mạch SS1: V(+)=VR < V(-)=Va VC1=[0]

 R=START =1 Q=1

FF

Mạch tạo tín hiệu dốc lên

Mã số ra

Q

S

+

START

EOC Q

Mạch đếm

n bit

-R

-+

Vc (t)

Vc (t)

Va (t)

VR

2 1

CK

Tại cổng AND

Q =1

 Đưa xung CK vào bộ đếm

VC2

high

high

t

t t t t t EOC

CK

Vc

Vc

Va,V

START

Voffset

1

2

R

Tc

Hình a.

-+

V

R Ổn định vào

Vr(t)

Hình b.

R R

C

 Khi VR>Va:

Mạch SS1: VR=V(+) > V(-)=Va VC1=[1]

R= hết xung START =[0] Q=0Đóng cổng AND lại không cho xung CK vào mạch đếm, tạo tín hiệu EOC

Tín hiệu dốc lên thường được tạo bởi mạch tích phân nối đến điện áp mẫu VR (hình b)