Bài 4.5: Biến đổi số – tương tự và tương tự – số Muốn dùng hệ thống số xử lý tín hiệu tương tự, thì phải biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số tương ứng, rồi đưa vào hệ thống số để xử lý. Mặt khác, thường có yêu cầu biến đổi tín hiệu số (kết quả xử lý) thành tín hiệu tương tự tương ứng để đưa ra sử dụng. 1. Giới thiệu chung. Sự chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số là chuyển đổi AD, và mạch điện thực hiện công việc đó là ADC. Sự chuyển đổi từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự là chuyển đổi DA, và mạch điện thực hiện công việc đó là DAC. Để kết quả xử lý nhận được chính xác thì chuyển đổi AD và DA phải có độ chính xác đủ cao. Mặt khác, muốn dùng hệ thống số điều khiển, giám sát các quá trình biến đổi nhanh thì ADC và DAC phải có tốc độ đủ lớn. Vậy độ chính xác và tốc độ chuyển đổi là các đặc trưng kỹ thuật chủ yếu để đánh giá chất lượng ADC và DAC. 2.1 Bộ biến đổi DAC điện trở hình T: 2. Bộ biến đổi DA. a. Sơ đồ DAC điện trở hình T 4 bit: 2R 2R 2R 2R 2R R R R 2R 3R A A B B C C D D S 0 S 1 S 2 S 3 d 3 d 2 d 1 d 0 LSB MSB V ref V 0 V i I t I R I Hai loại giá trị điện trở R và 2R được mắc thành 4 cực hình T nối dây chuyền. S 3 , S 2 , S 1 , S 0 là các chuyển mạch tương tự. V ref là điện áp chuẩn tham khảo. d 3 d 2 d 1 d 0 là mã nhị phân 4 bit đầu vào. V 0 là điện áp tương tự đầu ra. Các chuyển mạch S 3 , S 2 , S 1 , S 0 chịu sự điều khiển của tín hiệu d 3 d 2 d 1 d 0 tương ứng: + Khi d i = 1 thì S i đấu vào V ref . + Khi d i = 0 thì S i nối đất. b. Nguyên lý làm việc: Để thuận lợi cho trình bày nguyên lý, ta đơn giản hóa mạng điện trở hình T. Nếu d 3 d 2 d 1 d 0 = 0001 thì chỉ có S 0 đấu vào V ref , S 3 , S 2 , S 1 đều nối đất. áp dụng định lý Thevenin tuần tự đơn giản hóa mạch từ đầu AA sang phải. Ta thấy rằng cứ qua mỗi mắt mạch (A, B, C, D) thì điện áp suy giảm đi một nửa. Vậy nếu V ref đấu vào S 0 thì trên đầu ra DD chỉ còn . 4 ref 2 V R V i V e R 2R 3R V 0 I R V i V e c) 2R R A B C D V i R R 2R 2R 2R 2R A B C D V ref a) D R D b) 4 ref 2 V C R C 3 ref 2 V B R B 2 ref 2 V A R A 2 V ref Cũng với phương pháp trên, xét riêng S 1 , S 2 , S 3 đầu vào V ref thì trên đầu ra DD tương ứng (d 3 d 2 d 1 d 0 = 0010, 0100, 1000) có các điện áp , , . Điện trở tương đương của phần mạch bên trái DD bao giờ cũng là R. 3 ref 2 V 2 ref 2 V 2 V ref áp dụng nguyên lý xếp chồng đối với các giá trị điện áp trên, ta có mạch tương đương mạng điện trở hình T trên hình b. Trong đó, nội trở tương đương là R, sức điện động nguồn tương đương là V e : ( ) 0 0 1 1 2 2 3 3 4 ref e 2d2d2d2d 2 V V +++= Hình c là sơ đồ tương đương toàn mạch, theo lý thuyết mạch khuếch đại thuật toán, ta có điện áp tương tự đầu ra V 0 là: ( ) 0 0 1 1 2 2 3 3 4 ref e0 2d2d2d2d 2 V VV +++−=−= Đối với, DAC điện trở hình T n bit thì điện áp tương tự đầu ra V 0 : ( ) 0 0 1 1 2n 2n 1n 1n n ref 0 2d2d 2d2d 2 V V ++++−= − − − − . trưng kỹ thuật chủ yếu để đánh giá chất lượng ADC và DAC. 2.1 Bộ biến đổi DAC điện trở hình T: 2. Bộ biến đổi DA. a. Sơ đồ DAC điện trở hình T 4 bit: 2R 2R 2R 2R 2R R R R 2R 3R A A B B C C. được chính xác thì chuyển đổi AD và DA phải có độ chính xác đủ cao. Mặt khác, muốn dùng hệ thống số điều khiển, giám sát các quá trình biến đổi nhanh thì ADC và DAC phải có tốc độ đủ lớn. Vậy. là chuyển đổi AD, và mạch điện thực hiện công việc đó là ADC. Sự chuyển đổi từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự là chuyển đổi DA, và mạch điện thực hiện công việc đó là DAC. Để kết quả