11. kierros. 1. Lähipäivä

Transkriptio

1 11. kierros 1. Lähipäivä

2 Viikon aihe AD/DA-muuntimet Signaalin digitalisointi Kvantisointivirhe Kvantisointikohina Kytkinkapasitanssipiirit

3 Mitoitus Kontaktiopetusta: 6 tuntia Kotitehtäviä: 4 tuntia

4 Tavoitteet: tietää Millaiset ominaisuudet erityyppisillä AD- ja DAmuuntimet on nopeuden ja resoluution suhteen Muunninten epäideaalisuuksien määritelmät

5 Tavoitteet: ymmärtää Signaalin laskostuminen Kvantisointikohina Ylinäytteistys SC-tekniikka Esitettyjen AD- ja DA-muunnin topologioiden toimintaperiaate

6 Tavoitteet: soveltaa Mitoittaa laskostumisenesto- ja pehmennyssuodattimet Laskea AD-muuntimen SNR, kun resoluutio ja signaali ovat tunnettuja Laskea ylinäytteistyksen vaikutus resoluutioon

7 Tietoisku I: Esimerkkilaite Bluetooth-radio

8 Näytteenotto Ennen AD-muunnosta signaali täytyy näytteistää AD-muunnos näytteistää signaalin joka tapauksessa Näytteenottopiiri on useimmiten integroitu A/D muuntimen kanssa Yksinkertaisimmillaan CMOS kytkin ja kondensaattori Käytännössä tarvitaan myös vahvistin Vahvistin saattaa kuitenkin olla jo osa A/D muunninta

9 Signaalin laskostuminen Laskostuminen on signaalin kaistaleveyteen nähden liian pienestä näytteenottotaajuudesta johtuva signaalin vääristyminen Kun analogisesta signaalista otetaan näytteitä näytteenotto- ja kvantisointipiirien avulla, näytteenottotaajuuden tulee Nyquistin teoreeman mukaisesti olla vähintään kaksinkertainen näytteistettävän signaalin taajuuteen verrattuna Tätä harvemmalla näytteenotolla tai korkeammalla signaalin kaistaleveydellä yhdestä värähtelyjaksosta saadaan vähemmän kuin kaksi näytettä Alkuperäistä signaalia ei voida palauttaa siitä otettujen näytteiden perusteella

10 Signaalin kvantisointi AD-muunnoksessa signaali diskretisoidaan sekä ajassa että jännitteessä Tasojen lukumäärä riippuu muuntimen resoluutiosta N Tasojen etäisyyttä kutsutaan kvantisointiaskeleeksi = FSR 2 N, jossa FSR on täyden lukeman alue

11 Kvantisointivirhe Mistä johtuu kvantisointivirhe? Mihin kvantisointivirhe rajoittuu?

12 Muita termejä (ehkä hyödyllisiä) Kvantisointikohina Signaalikohinasuhde SNR Efektiivinen resoluutio ENOB Täyden resoluution kaistanleveys ERBW Harmoninen kokonaissärö THD Häiriöistä vapaa dynaaminen alue SFDR

13 Harjoituksia: Lasketaan tehtävä 1

14 Tietoisku II: SC-tekniikka Suuri osa integroidusta analogiaelektroniikasta on toteutettu Switched capacitor-tekniikalla Ideana on mallintaa vastusta kytketyllä kondensaattorilla Luonnostaan diskreettiaikaista, joten soveltuu hyvin A/Dja D/A muuntimien toteuttamiseen Muistia vaativien algoritmien toteuttaminen on helppoa RC-integraattori C 2 SC-integraattori C 2 R 1 v s C 1

15 Ylinäytteistys Monesti signaalia näytteistetään paljon Nyquisttaajuutta nopeammin Laskostumisenestosuodatin voi olla loiva Kvantisointikohinan tehotiheys on matalampi Osa kvantisointikohinasta voidaan poistaa suodattamalla digitaalisesti (AD-muunnoksessa) Määritellään ylinäytteistyssuhde OSR= f N f max missä f max on signaalin korkein taajuus

16 Harjoituksia: Lasketaan tehtävät 2 ja 3

17 Muunnintyppejä Flash AD-muunnin Kaksoisintegroiva AD-muunnin Successive approximation AD-muunnin Liukuhihna AD-muunnin -muunnin

18 Tietoisku III: kotiprojekti Listaa kaikkien mainittujen muunnintyyppien ominaisuuksia ja vertaile niitä keskenään Ota mukaan myös muita muuntimia, mikäli löydät tietoa Laita muuntimet ns. paremmuusjärjestykseen erilaisille käyttötarkoituksille

19 Seuraavalla kerralla Tehovahvistimet Pääteasteet Jänniteregulaattorit

20 Tällä viikolla ei ole toista lähipäivää