Upload
chqirge
View
222
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
1/23
69
SAYISAL TASARIM Derin
DNTRCLER
Bu blmde aadaki konular anlatlacaktr.
Saysal ve Analog sinyaller
lemsel ykselteler (Operatinal Amplifier-Op-Amp)
Saysal-Analog eviriciler (D/A Converters)
kilik Arlkl D/A evirici
R-2R Merdiven tipi D/A evirici
Analog-Saysal eviriciler (A/D Converters)
Paralel Karlatrc, Simultane (Flash) A/D eviriciler
Tek rampal veya tek eimli (single slope) A/D eviriciler
ift rampal veya ift eimli (dual slope) A/D eviriciler
SAYISAL-ANALOG (DAC)ANALOG-SAYISAL(ADC)
BLM 11
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
2/23
70
SAYISAL TASARIM Derin
GR
Gnmzde kullanlan bir ok fiziksel byklk analogformdadr. Scaklk , basn,hz gibi byklkler anolog byklklere rnek gsterilebilir. Bir analog byklnsaysal sitemler iin anlalabilir olmas iin verilerin analog ekilden saysal ekledntrlmesi gerekir. Bu ilem iin anlog-saysal evirici (anlog-to-digitalconverter) kullanlmaldr. Ayn ekilde bir saysal verinin analog byklkleredntrlmesi iin saysal-analog evirici (digital-to-analog converter)kullanlmaldr.
Fiziksel byklklerin elektriksel byklklere evrilmesi dntrcler(transducers) yardm ile olur. eviriciler (transducers), basn, scaklk, pozisyon,analog gerilim veya akm gibi dntrd fiziksel byklk ile adlandrlrlar.rnein termistr scaklk lm iin kullanlan en temel eviricidir. Bir termistraslnda scaklk duyarl bir direntir. Scaklk deiiminde direnci deiecektir.Bylece zerinden akan akm ve gerilim deieceinden scaklk elektrikselbyklklere dntrlm olacaktr.
11.1 LEMSEL YKSELTELER (OPERATONAL AMPLIFIER)
D/A evirici veya A/D evirici konularna balamadan nce bu iki devrede kullanlan
bir eleman
n tan
nmas
gerekir. Bu eleman ilemsel ykselte(operational amplifier)veya ksaca op-amp diye adlandrlr. Gnmzde ilemsel ykselteler entegredevre yapsnda retilirler. Dardan balanan birka eleman yardm ile evirenykselte, evirmeyen ykselte, toplayc devre, karc devre, integral alc devreveya trev alc devre gibi geni bir uygulama aln vardr.
Op-amp eviren(inverting) ve evirmeyen(noninverting) adl iki girie sahip lineer birykseltetir. Eviren giri (-) ile iaretlenirken, evirmeyen giri (+) ile iaretlenmitir.Eviren girie uygulanan iaret kta 180 derecelik faz farkna urayacaktr.grlecektir. Evirmeyen girie uygulana iaret k iareti ile ayn fazda olacaktr.Op-ampn iki giri ucundan baka iki adet besleme ve bir k ucu vardr. Besleme
gerilimi simetrik besleme kaynandan salanabilecei gibi, tek besleme kaynadakullanlabilir. ekil 11.1 bir ilemsel ykselte (op-amp) semboln gstermektedir.
+
-
+V
-V
Eviren giri
Evirmeyen girik
ekil 11.1lemsel ykselte (op-amp) sembol
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
3/23
71
SAYISAL TASARIM Derin
Bir op-amp zellikleri aadaki gibidir;
ok yksek giri empedansna (ideal op-amp iin sonsuz kabul edilir)sahiptir.
k empedans ok dktr (ideal op-amp iin 0 kabul edilir). Gerilim kazanc(AV) ok yksektir. Bant genilii ok yksektir. Evirmeyen giri ile eviren giri ayn potansiyeldedir.
11.1.1 Eviren Ykselte (Inverting Amplifier)
Bir op-amp ykseltec olarak kullanld zaman gerilim kazancnn doru olarakbelirlenebilmesi iin negatif bir geri beslemenin olmas gerekir. ekil 11.2 bir op-ampleviren ykselte devresini gstermektedir.
+
-VOUT
VINR1
RF
I1IF
0V
ekil 11.2 Eviren ykselte
Devrede evirmeyen giri topraa balanm, giri iareti R1 direnci ile evirmeyengirie balanmtr. k ile eviren giri arasna balanan RF direnci geri beslemeyisalamaktadr. Op-ampn gerilim kazanc ok yksek olduundan topraa bal olanevirmeyen giri, eviren giri potansiyelinin toprak potansiyelinde olmasna yol aar.Bu duruma grnr toprak (zahiri toprak ) ad verilir. Op-ampn i direnci ok yksekolduundan i devre zerinden bir akm akmaz. Bu durumda giri akm geribeslemeakmna eit olacaktr. Eitlii yazarsak;
1
F
V
IN
OUTV
1
FINOUT
F
OUT
1
IN
F1
R
R
-=A
V
V=A
R
RV-=V
R
V-0=
R
0-V
I=I
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
4/23
72
SAYISAL TASARIM Derin
olacaktr. Son eitlikten grld gibi gerilim kazanc geribesleme direnci ile giri
direnci arasndaki orandr. fadedeki iareti giri gerilimi ile k arasnda 180derece faz fark olduunu gsterir.
rnek:
ekildeki eviren ykselte devresinde k gerilimi (VOUT) ve gerilim kazancnhesaplaynz.
+
-V
OUT
1V1K
10K
zm:
-10V=
K1
10K-1V=
R
R-VI=V
1
FNOUT
olacaktr. Gerilim kazanc ise;
10=
1K
10K-=
R
R-=Av
1
F
olacaktr.
11.1.2 Evirmeyen Ykselte (Noniverting Amplifier)
Evirmeyen ykselte devresinde, eviren giri R1 direnci zerinden topraabalanrken, giri iareti evirmeyen girie uygulanmtr.
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
5/23
73
SAYISAL TASARIM Derin
+
-VOUT
VIN
R1
RF
I1
IF
0V
ekil 11.3 Evirmeyen ykselte-
Op-ampn eviren uu ile evirmeyen ucu arasndaki potansiyel fark 0V olduundan R1direnci zerinde giri gerilimi grlecektir. Bu durumda giri akm ile geribeslemeakm birbirine eittir(I1=IF). Bu durumda,
1
FV
1
F1OUT
1
1
F
1OUT
1F
R
R+1=A
)R
R+1(V=V
R
V=
R
V-V
I=I
olacaktr.
rnek:
ekildeki evirmeyen ykselte devresinde k gerilimi (VOUT) ve gerilim kazancnhesaplaynz.
500K
+100K
-V
OUT
VIN
=2V
R1
RF
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
6/23
74
SAYISAL TASARIM Derin
zm:
V12+=
)K100
K500+1(V2=
)R
R+1(V=V
1
F1OUT
olacaktr.Gerilim kazanc ise,
6=A
)K100
K500+1(=A
)
R
R+1(=A
V
V
1
FV
olacaktr.
11.1.3 Toplam Alma Ykselte (Summing Amplifier)
Ayn zamanda eviren ykselte olarak alan bu devre, analog sistemlerdekullanlan ilemsel ykselte devrelerinin belki en yararlsdr. ekil 11.3de her birgiri gerilimini sabit bir kazan faktryle arpp , sonra bunlar toplayan iki girili birtoplam alma ykselte devresi gsterilmitir.
+
-V
OUT
V1
RF
IF
0V
R1
R2
I2
I1
V2
ekil 11.4
Topraa bal olan evirmeyen giri, eviren giri potansiyelinin toprak potansiyelindeolmasna yol aacandan, geribesleme akm R1 ve R2 direnleri zerinden akanakma eit olacaktr. Bu durumda,
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
7/23
75
SAYISAL TASARIM Derin
)R
RV+
R
R-(V=V
R
V+
R
V=
R
V-
I+I=I
2
F2
1
F1OUT
2
2
1
1
F
OUT
21F
olacaktr.
rnek:
ekildeki evirmeyen ykselte devresinde k gerilimini (VOUT
) hesaplaynz.
1M
+
-V
OUT
V1=5V
RF
500K
500K
R1
R2
V2=-3V
zm:
-4V=
)K500
M1)V3-(+
500K
1M-(5V=
)R
RV+
R
R-(V=V
2
F2
1
F1OUT
olacaktr.
11.2 SAYISAL-ANALOG EVRCLER (D/A CONVERTERS)11.2.1 kilik Arlkl Diren Saysal-Analog evirici
En temel tr saysal-analog evirici ikilik arlkl direnlerin bir op-amp girilerinebalanmas ile elde edilmi bir toplayc devresidir. ekil 11.? drt-bitlik ikilik arlklsaysal analog evirici devresini gstermektedir. Devrede saysal veriler D3, D2, D1 veD0 anahtarlarnn durumlar ile belirlenir. D3 anahtar drt bitlik saysal verinin enyksek deerli bitini, D0 ise en dk deerlikli bitini gstermektedir.
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
8/23
76
SAYISAL TASARIM Derin
-
+
8R4R2RR
D3
D2
D1
D0
RF
VOUT
V
ekil 11.5 Drt bitlik ikilik arlkl diren D/A evirici
Devrenin almasn inceleyelim;
I. D0 anahtar kapal iken,
-
+
8R4R2RR
D3 D2 D1 D0
RF
VOUT
V
Iin=0
IF
I0
Bu durumda saysal veri D3=0, D2=0, D1=0, D0=1 durumundadr. Op-amp i
empedans
ok yksek olduundan iinden ak
m akmayacakt
r (Iin=0). Evirmeyengiri topraa balandndan, eviren giri 0Vta tutulacaktr. Bu durumda ka aitifade
)R8
R(V-=V
)R
V-0(=)
8R
0-V(
I=I
FOUT
F
OUT
F0
olacaktr.
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
9/23
77
SAYISAL TASARIM Derin
II. D1 anahtar kapal iken,
-
+
8R4R2RR
D3
D2
D1 D0
RF
VOUT
V
Iin=0
IF
I1
Bu durumda saysal veri D3=0, D2=0, D1=1, D0=0 durumundadr. ka ait ifade,
)
R4
R(V-=V
)R
V-0(=)
4R
0-V(
I=I
FOUT
F
OUT
F1
olacaktr.
III. D1 ve D0 anahtarlarnn ikisi birden kapal iken,
-
+
8R4R2RR
D3
D2
D1 D0
RF
VOUT
V
Iin=0
IF
I1 I0
Bu durumda saysal veri D3=0, D2=0, D1=1, D0=1 durumundadr. ka ait ifade,
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
10/23
78
SAYISAL TASARIM Derin
)R8
R+
R4
R(V-=V
)R
V-0(=)
8R
0-V(+)
4R
0-V(
I=I+I
FFOUT
F
OUT
F01
olacaktr.
Direnlerin deerleri giri verisinin basamak arlklarna gre seilmitir. Dkdeerlikli diren (R) yksek deerlikli biti (23) gsteren D3 anahtarna balanmtr.
Dier direnler 2R, 4R, 8R ise basamak arllarna gre srasyla D2, D1 ve D0anahtarlarna balanmtr.
Bu tip D/A eviricilerin bir dezavantaj diren deerleri aralnn ve saysnn farklolmasdr. rnein sekiz bitlik bir D/A evirici iin sekiz diren kullanlmal ve budirenlerin deerleri R ile 128R arasnda olmaldr. Direncin, toleranslar vescakla bal olan deiimlerine bal olarak sonu deieceinden, kararlldktr. ekil 11.? kilik arlkl D/A eviricinin saysal veriye ait k gerilimdeerlerini ve k geriliminin eklini gstermektedir.
(a)
D3 D2 D1 D0 Vout(-V)0 0 0 0 0V0 0 0 1 -1V0 0 1 0 -2V0 0 1 1 -3V0 1 0 0 -4V0 1 0 1 -5V0 1 1 0 -6V0 1 1 1 -7V1 0 0 0 -8V1 0 0 1 -9V
1 0 1 0 -10V1 0 1 1 -11V1 1 0 0 -12V1 1 0 1 -13V1 1 1 0 -14V1 1 1 1 -15V
-
+
100K50K25K12,5K
D3
D2
D1
D0
20K
VOUT
+5V
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
11/23
79
SAYISAL TASARIM Derin
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
0000
-1V-2V
-3V
-9V
-10V
-4V
-5V
-6V
-7V
-8V
-12V
-11V
-13V
-14V
-15V
VOUT
Say
salVeri
(c)
ekil 11.6kilik arlkl D/A evirici
11.2.2 R/2R Merdiven Tipi Saysal-Analog evirici
Bir dier tip D/A evirim metodu ekil 11.7 de gsterilen drt bitlik R/2R merdiventipi D/A eviricidir. Sadece iki diren deeri kullanlarak ikilik arlkl akmlar retilir.Devreden akan ikilik arlkl akmlar, op-amp ve geri besleme direnci (RF) yardm ilegirile orantl k gerilimine evrilirler. Devre olduka kark grnmesine ramenbasit diren oranlarndan dolay olduka kolaydr.
VOUT
-
+
RF
D3
D0
R12R
R2
D3
R72R
D2
R52R
D1
R32R
R4 R6 R8
R R R R
V
ekil 11.7 R/2R Merdiven Tipi Saysal-Analog evirici
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
12/23
80
SAYISAL TASARIM Derin
Balangta en yksek deerlikli bit anahtar D3 n +5V luk referans
gerilimine (D3=1), dier anahtarlarn ise topraa balandn (D2=0, D1=0,D0=0) kabul edelim, giri verisi (1000)2 dir. Bu durumda R1 ve R2 paralelolarak topraa bal olur. 2R deerindeki paralel bir direncin edeer direnciR4 direncine seri R deerinde bir diren olur, bu iki seri direncin edeeri iseR3 direncine paralel 2R deerinde bir direntir. Bu iki direncin edeer direnciR6 direncine seri R arlnda olacaktr. Devrenin geri kalannda ayn tekniikullanarak ekil 11.8 a da gsterilen basitletirilmi devre elde edilir. Op-ampn evirmeyen girii topraa baldr. Edeer diren zerinden topraaakm akmayacandan, edeer diren ihmal edilir. Bu durumda k gerilimi;
5V-=
)2R
2R(5-=
)R
R(V-=V 7
F
OUT
olacaktr.
D2 anahtarnn +5V luk referans gerilimine (D2=1), dier anahtarlar ise topraabalanrsa (D3=0, D1=0, D0=0), bu durumda giri verisi (0100)2 olacaktr veekil 11.8 bde gsterildii gibi R5 direncinin solundaki btn direnler 2Rlik
bir edeer dirence indirgenecektir. Devrenin R8 direncinden itibaren Theveninedeeri bulunursa ; VTH=2,5V ve R8 direncine seri RTH=R direncini eldeederiz. Eviren giri topraa bal olduundan R7 direnci zerinden akmakmayacaktr. Bu durumda k gerilimi;
V5,2-=
)R+R
2R(2,5-=
)R+R
R(V-=V
8TH
FTHOUT
olacaktr.
D1 anahtarnn +5V luk referans gerilimine (D1=1), dier anahtarlar ise topraabalanrsa (D3=0, D2=0, D0=0), bu durumda giri verisi (0010)2 olacaktr veekil 11.8 cde gsterildii gibi R3 direncinin solundaki btn direnler 2Rlikbir edeer dirence indirgenecektir. Devrenin R8 direncinden itibaren Theveninedeeri bulunursa; VTH=1,25V ve R8 direncine seri RTH=R direncini eldeederiz. Eviren giri topraa bal olduundan R7 direnci zerinden akmakmayacaktr. Bu durumda k gerilimi;
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
13/23
81
SAYISAL TASARIM Derin
V251,-=
)R+R
2R(1,25-=
)R+R
R
(V-=V 8TH
FTHOUT
olacaktr.
D0 anahtar +5V luk referans gerilimine (D1=1), dier anahtarlar ise topraabalanrsa (D3=0, D2=0, D1=0), bu durumda giri verisi (0001)2 olacaktr.
Devrenin R8 direncinden itibaren Thevenin edeeri bulunursa; VTH=0,625Vve R8 direncine seri RTH=R direncini elde ederiz. Eviren giri topraa balolduundan R7 direnci zerinden akm akmayacaktr. Bu durumda kgerilimi;
V250,6-=
)R+R
2R(0,625-=
)R+R
R(V-=V
8TH
FTHOUT
olacaktr.
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
14/23
82
SAYISAL TASARIM Derin
-
+
RF
R7
RE
+5V
2R
2R
Vin=0V
2R
D2,D1,D0 anahtarlartopraa bal ikenedeer diren
a) D3=1, D2=0, D1=0, D0=0 durumuna ait edeer devre
-
+
RF
Vin=0V
2R
R7
2R
R8
R
D3=0
R5
RE2R
+5V
2R
D0=0
D1=0
-
+
RF
Vin=0V
2R
R7
2R
R8
R
RTH
R
VTH
2,5V
b) D3=0, D
2=1, D
1=0, D
0=0 durumuna ait edeer devre V5,2-=
)R2
R2(5,2-=
)R+R
R(V-=V
8TH
FTHOUT
-5V=
)R2
R2(5-=
)RR(V-=V
7
FOUT
D3=1
R2
V5
=I
D2=1
I=0
R2
V5,2=I
-
+
RF
Vin=0V
2R
R7
2R
R8
R
RTH
R
VTH0,625V
d) D3=0, D
2=0, D
1=0, D
0=1 durumuna ait edeer devre
-
+
RF
Vin=0V
2R
D3=0
D0=1
R7
2R
R4
R
R6
R
R1
R2
2R
+5V
2R
R52R
R8
R
D2=0
V625,0-=
)R2
R2(625,0-=
)R+R
R(V-=V
8TH
FTHOUT
-
I=0
R2
V625,0=I
R3
2R
D1=0
-
+
RF
Vin=0V
2R
R7
2R
R6
R
D3=0
R3
RE2R
+5V
2R
D0=0
-
+
RF
Vin=0V
2R
R7
2R
R8
R
RTH
R
VTH
1,25V
c) D3=0, D2=0, D1=1, D0=0 durumuna ait edeer devre
R52R
R8
R
D2=0
V25,1-=
)R2
R2(25,1-=
)R+R
R(V-=V
8TH
FTHOUT
R2
V25,1=I
I=0
D1=1
ekil 11.8 R/2R merdiven tipi D/A eviricinin analizi
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
15/23
83
SAYISAL TASARIM Derin
D3 D2 D1 D0 VOUT(V)0 0 0 0 -0,0000 0 0 1 -0,6250 0 1 0 -1,2500 0 1 1 -1,8750 1 0 0 -2,5000 1 0 1 -3,1250 1 1 0 -3,7500 1 1 1 -4,3751 0 0 0 -5,0001 0 0 1 -5,6251 0 1 0 -6,2501 0 1 1 -6,8751 1 0 0 -7,5001 1 0 1 -8,125
1 1 1 1 -9,3751 1 1 0 -8,750
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
0000
VOUT
Giri
Verisi-0,625V
-1,250V
-1,875V
-2,500V
-3,125V
-3,750V
-4,375V
-5,000V
-5,625V
-6,250V
-6,875V
-7,500V
-8,125V
-8,750V
-9,375V
ekil 11.9 R/2R Merdiven tipi D/A evirici
11.2.3 Entegre Devre Saysal Analog eviriciler
ok popler ve ucuz bir entegre devre D/A evirici MC1408 veya edeeri olanDAC0808 dir. MC1408 standart 16 bacakl DIP paket olarak gelir ve +5V luk Vcc ileminimum -5V, maximum -15V luk VEE gerilimi gerektirir. MC1408de , bir R/2Rmerdiven tipi D/A evirici,akm ykseltecinden gelen referans akmn, 8 ikilik arlklakma bler. Bipolar transistr anahtarlar (A1-A8), girilerindeki ikilik bilgiye gre ikilikarlkl akmlar k hattna balar. En yksek deerlikli biti tayan giriin A1, endk deerlikli tayan giriin A8 ile gsterilmitir. MSB ve LSB etiketlindirilmelerinormal etiketlendirilmenin tersinedir. Bu nedenle kullanlacak bir entegrenin verisayfas dikkatle incelenmelidir. ekil 11.10 MC1408in blok diyagramn, bacakbalantsn ve tipik uygulamasn gstermektedir.
MC1408in bir ilemsel ykselte (op-amp) ve bir direnle gerilime evrilebilen akmk vardr. Bu gerilim aadaki formlden hesaplanabilir;
)256
A+
128
A+
64
A+
32
A+
16
A+
8
A+
4
A+
2
A(R
R
V=V
87654321F
14
REFOUT
Byle bir devrede 8-bitlik saysal verilerin (A1-A8) durumuna bal olarak 0-10Varasnda analog k gerilimi elde edilebilir. Bu eviriciye 10V tam lekli eviricidedenilir.
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
16/23
84
SAYISAL TASARIM Derin
R/2R Merdiven Kutuplama Akm
Akm anahtarlar
Referans akmykselteci
(13)
(4)
I0
(2)
(16)
Kompanzasyon(3)VEE
Vref (+)
Vref(-)
14
15
A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8
5 6 7 8 9 10 11 12
GND
NPN akmkayna ifti
MSB LSB
)256
A
+128
A
+64
A
+32
A
+16
A
+8
A
+4
A
+2
A
(RR
V
=V
87654321
F14
ref
OUT
k gerilimi;
VOUT
=0V ile 9,96V arasnda olacaktr
(a)
(c)
Saysalverigirii
6
5
7
8
9
10
11
12
2+
-
14
15
4
16
3
VEE
VCCA
1A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
GND
Vref
R14
R15
RF
13
+5V
-15V
MC1408
IOUT
741VOUT
Tipik DeerlerV
ref=10V
R14
=R15
=5KR
F=5K
270pF
MC1408
1
2
3
4
5
6
7
8
16
15
14
13
12
11
10
9
NC
(b)
ekil 11.1 MC1408 D/A evirici
(a) Blok diyagram(b) Bacak balantemas (c) Tipik uygulama
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
17/23
85
SAYISAL TASARIM Derin
MC1408 gibi kullanl ve ucuz D/A eviriciler, zel ses ve dalga biimleri retmede
sklkla kullanlrlar.ekil 11.11 D/A eviriciye ait test devresini gstermektedir.Devrede, sekiz-bitlik bir saycnn klar D/A eviricinin veri girilerine balanmtr,sayma ilemi ile birlikte D/A evirici klarnda 255 basamaktan oluan bir testeredii dalga ekli grlecektir. k frekans, saycnn tetikleme sinyal frekansnn256ya blnmesi ile bulunabilir.
VOUT
256basamak
+10V
0,1ms
6
5
7
89
10
11
12
2
+
-
14
15
4
16
3
VEE
VCCA1A2A3A4A5A6
A7A8GND
Vref=10VR14=5K
R15=5K
RF=5K
13
+5V
-15V
MC1408
741
270pF
10 KHz
7493
7493
Q0
Q1
Q2
Q3
Q3
Q2
Q1
Q0
OSLOSKOPGRLER
ekil 11.11 D/A evirci test devresi
11.2.4 D/A eviricilerin Performans Karakteristikleri
D/A eviricilerde kullanlan performans karakteristikleri znrlk (resulation),doruluk (accuracy), lineerlik (linearity), monotonluk (monotonicity) k yerleimzaman (settling time) olarak adlandrlmaktadr.
D/A eviricilerde znrlk (resulation) giri verisindeki bit says ile belirlenir.rnein 4-bitlik bir evirici iin znrlk, 24-1, 15 de 1 paradr. Yzdeolarak deeri 67,6%=100)151( olacaktr. Genel olarak znrlk n giriverisindeki bir saysn gstermek zere 2n-1 eitliinden bulunur. znrlkdntrlen bit saysn anlatmaktadr.
Doruluk (accuracy), D/A eviricilerde kullanlan bir dier karakteristiktir.Doruluk beklenilen kla, geek kn karlatrlmasdr. Tam skala veyamaximum k geriliminin yzdesi olarak ifade edilir. Eer bir karlatrcnntam skala 10V ve doruluu 1,0% ise herhangibir k iin oluabilecekmaximum hata (10V)( 1001,0 ), yani 10mV olacaktr. deal olarak bir D/A
eviricinin doruluu, en dk deerlikli bitinin 21 si kadar olamaldr.rnein sekiz bitlik bir eviricide en dk deerlikli bit tam skalda 256 da 1paradr,yani 0039,0=256/1 , %0,39 olark gsterilebilir. Bu durumda dorulukyaklak olarak 2,0% olmaldr.
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
18/23
86
SAYISAL TASARIM Derin
Lineerlik (linearity) hatalar geek kn ideal dz izgi kndan ne miktarda
ayrlddr. Kayma hatas (ofset error) diye adlandrlan zel bir durum, btngiriler sfr iken kn sfr olmad anlamna gelir. Bu hataya ilemselykselte veya akm anaktarlarndaki sznt akmlar neden olabilir.
Monotonluk (monotonicity), bir D/A eviricinin btn evirme araladmlamas srasnda adm karmama veya geri adm atmama olaraktanmlanabilir.
k yerleim zaman (settling time), giri verisindeki herhangibir deiikliktensonra kn, son deerin 2/1 en dk deerli bitine (LSB) yerleinceyekadar geen zaman olarak adlandrlr.
11.3 ANALOG-SAYISAL EVRCLER (A/D CONVERTERS)
Analog formdaki bir bykln, saysal sistemler iin anlalabilir olmas iin saysalforma dntrlmesi gerekmektedir. Bu ilemi yapan devrelere analog-saysalevirici veya ksaca A/D evirici veya ADC ad verilir. Bu ilem iin bir ok yntemkullanlmaktadr. Bu blmde en ok kullanlan tipler anlatlacaktr.
11.4.1 Paralel Karlatrc, Simultane (Flash) A/D eviriciler
Analog byklklerin saysal iaretlere dntrlmesinde kullanlan en kolay vehzl evirici tipi ekil 11.12 de gsterilen bitlik paralel karlatrc A/D eviricidir.
+VREF=4V
Vin +
-
+
-
+
-
R
R
R
R
A3
A2
A1
D1
D0
3V
2V
1V
kilikk
Kodlayc(Encoder)
ekil 11.12 Paralel karlatrc A/D evirici
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
19/23
87
SAYISAL TASARIM Derin
Devrede adet karlatrc, bir gerilim blc ve kodlayc (encoder) kullanlmtr.
Devredeki karlatrclar bir referans gerilimle(VREF), analog giri gerilimini (Vin)karlatrmak iin kullanlr. Referans gerilimi tam lek yani maximum girigerilimidir. Karlatrcnn + giriindeki gerilim , - giriindeki referans gerilimindenbykse k yksektir.Karlatrclarn eik gerilimleri bir gerilim blc ileayarlanrken, analog giri gerilimi ise karlatrclarn + giriine paralel olarakuygulanmtr. Devrede, uygulanan analog giri geriliminin byklne bal olarakilgili karlatrclarn klar yksee ekilecektir.Eer giri gerilimi 1Vtan kksehibir karlatrc k yksek olmaz. Giri gerilimi 1-2V arasndaki bir deerde isesadece en dk eik gerilimine sahip karlatrc k yksee ekilecek ve budurumda kodlayc klarnda grlen ikilik ifade D1=0, D2=1 olacaktr. Giri gerilimi2-3V arasnda ise 1. ve 2. karlatrc klar yksee ekilecek ve kta
grlecek ikilik bilgi D1=1, D0=0 olacaktr. 3Vun zerindeki bir gerilim btnkarlatrc klarn yksee ekecek ve kodlayc klarnda grlen ikilik ifadeD1=1, D0=1 olacaktr. Aada Tablo 11.1 Giri gerilimlerine bal olarak klargstermektedir.
Encoder giriler kilik giriAnalog giriVin A3 A2 A1 D1 D0
0-1 Volt 0 0 0 0 0
1-2 Volt 0 0 1 0 1
2-3 Volt 0 1 1 1 0
3-4 Volt 1 1 1 1 1
Tablo 11.1
Genel olarak bu devrelerde kullanlacak karlatrc says, n bitlik binary kod iin 2n-1dir. rnein bitlik ikilik (binary) kod iin kullanlacak karlatrc says 23-1=7,drt bitlik ikilik (binary) kod iin kullanlacak karlatrc says 24-1=15 olmaldr. Bufazla saydaki karlatrc says paralel karlatrcl A/D eviricilerin en bykdezavantajdr. Bu tip karlatrclarn en nemli avantaj hz karakteristiidir. Giri
gerilimine bal olarak retilen saysal k, devredeki elemanlarn yaylmgecikmesi (propagation delay) sresi sonrasnda hazrdr. Bu nedenle bu tip A/Deviricilerin tanmlanmas iin fla ismi kullanlmaktadr.
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
20/23
88
SAYISAL TASARIM Derin
+VREF =8V
Vin
7V
6V
5V
4V
3V
2V
1V +
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
ncelikli Kodlayc(Priority Encoder)
I7I6I5I4
I3
I2
I1
I0
A0
A1
A2
kilik (Binary)klar
EN
rnekleme
Sinyali
74148
K1
K1
K1
K1
K1
K1
K1
K1
ekil 11.13 bitlik paralel karlatrcl A/D evirici
ekil 11.13 bitlik paralel karlatrcl A/D evirici devresinin gstermektedir.Devrede yedi adet karlatrc,gerilim blc ve 74148 Decimal/Binary nceliklikodlayc (priority encoder) kullanlmtr. rnekleme sinyali, lojik-0da aktif olanyetkilendirme giriine balanarak giri geriliminin farkl zamanlarda rneklenerek
saysal karlnn bulunmas salanmtr.
11.3.2 Tek Rampal veya Tek Eimli (Single Slope) A/D eviriciler
A/D evirimde kullanlan bir dier yntem lineer rampa kayna, karlatrc vesayclardan olumu tek rampal veyatek eimli A/D eviricilerdir. Lineer rampakayna, deimeyen eimli bir referans voltajnn salanmas iin kullanlr. ekil11.14 tek rampal veya tek eimli A/D evirici devresini gstermektedir.
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
21/23
89
SAYISAL TASARIM Derin
BCD veya BinarySayc
Zamanlamave kontrol
Rampakayna
Mandallar (Latches)
Kod zc/src
TetiklemeSinyali
(CP)
Analog
Giri
t
V
Reset
ENYetkilendirme
Reset
CP
+
-
ekil 11.14 Tek rampal veya tek eimli A/D evirici
evirimin balangcnda sayc reset, rampa kayna k 0V yaplr.Karlatrcnn + giriine uygulanan analog giri gerilimi, giriinden bykolduundan k yksee ekilecektir. Bu durumda rampa kayna tarafndanrampa retilmeye balanacak, VE kapsnn knda tetikleme sinyaligrleceinden sayc sayma ilemine balayacaktr. Bu ilem rampa kaynatarafnda retilen rampa geriliminin, analog giri geriliminden byk olmasna kadardevam edecektir. Bylece karlatrc k alaa ekilecek, VE kapsnn klojik-0 olacak ve tetikleme sinyali gitmeyen sayc sayma ilemini bitirecektir. Kontrol
devresi tarafndan yetkilenen mandallar sayc verilerini saklayacaktr.
11.3.3 ift Rampal veya ift Eimli (Dual Slope) A/D eviriciler
ekil 11.15 ift eimli (dual-slope) A/D eviricinin blok diyagramn gstermektedir.Devre giri referans gerilimini seen bir anahtar ve karlatrc girilerindeki tersbalant dnda tek eimli (single-slope) devreye ok benzemektedir.
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
22/23
90
SAYISAL TASARIM Derin
BCD veya Binary
Sayc
Kontrol
devresiMandallar (Latches)
TetiklemeSinyali(CP)
EN
ntegral alc(rampa kayna) Reset
CP+
-
R
+
-
R
C
Binary veya BCD klar
Analog giri (Vin)
-VREF
ekil 11.15 ift eimli (dual-slope) A/D evirici
Devrede rampa kayna olarak bir integral alc devre kullanlmtr. lemselkuvvetlendiricinin eviren girii , evirmeyen giri tarafndan varsaylan toprakta tutulur.Giri ucuna uygulanan bir gerilim, diren zerinden sabit bir akm akmasnsalayacaktr. Bu akm yksek empedansa sahip ilemsel ykselte iindenakamayacandan, kondansatr sabit bir akmla arj olacaktr. Sabit akm ile arjedilen kondansatrn ularndaki gerilim bir lineer rampadr.
Balangta saycnn silme(reset), karlatrc knn 0V olduunu kabul edelim.Giri anahtar analog giri gerilimine balandnda (ekil 11.16 a), integral alcdevrenin girilerindeki pozitif gerilim, klarndaki gerilimin bir negatif rampaolmasna sebep olacaktr. Karlatrcnn giriindeki negatif gerilim, kn pozitifolmasn salar, VE kapsnn knda tetikleme sinyali grlmesini salar. Saycsayma ilemine balar. Saycnn bir miktar sayma ilemini gerekletirmesi iinintegral alc devre tarafndan negatif rampa retilir. Sayc bu sabit miktara ulancakontrol devresi sayclar sfrlar ve giri anahtarnn negatif referans gerilimineevirerek, bu geriliminin integral alc devrenin giriine uygulanmasn salar (ekil11.16 b). Giriteki bu negatif gerilim integral alc devrenin knda pozitif bir rampa
grlmesini salar. Karlatrc k yksee ekileceinden sayc tekrar saymailemine balatacaktr. ntegral alc devrenin 0V un hemen zerine ulat andakarlatrc k alaa ekilecek, kontrol devresi tarafndan bu gei alglanarak,sayc klarnn mandallara yklenmesini salayacaktr(ekil 11.16 c). Mandallardasaklanan saym miktar giri gerilimi ile orantldr.
ref
1in2
V
tV=t
ift eimli (dual-slope) A/D eviricilerin avantajlar , doruluu, devre elemanlarndascaklktan oluan deiimlerden etkilenmemesi, alak maliyetidir. Dezavantajlar isehzlarnn yava oluudur.
8/8/2019 Analog Saysal Dontrcler
23/23
SAYISAL TASARIM Derin
BCD veya Binary
Sayc
Kontrol
devresiMandallar (Latches)
CP
EN
Reset
CP+
-
R
+
-
R
Binary veya BCD klar
Vin
-VREF
Lojik-1
+ -C
t
-V
(a) Sabit zaman aral, negatif rampa (sayc belirlenensre boyunca sayma ilemini gerekletirecektir)
BCD veya Binary
Sayc
Kontrol
devresiMandallar (Latches)
CP
EN
Reset
CP+
-
R
+
-
R
Binary veya BCD klar
Vin
-VREF
Lojik-1
+ -C
(b) Saycnn sayma ilemini bitirmesi ile kontroldevresi S1 anahtarnn konum deitirmesini salar
I
BCD veya Binary
Sayc
Kontrol
devresiMandallar (Latches)
CP
EN
Reset
CP+
-
R
+
-
R
Binary veya BCD klar
Vin
-VREF
+ -C
(c) ntegral alc devre k pozitif rampa, sayc tekrar sayma ilemine balayacak.Rampa 0V olduu anda sayc duracak ve bilgi mandallara yklenecektir
I
-V
t
ekil 11.16