A/D Prevodník typu Delta-Sigma
A/D prevodník zaisťuje prevod vstupného analógového signálu na výstupny číslicovy signál.Vstupným signálom býva najčastejšie napätie, výstupom potom dátove slovo o stanovenom počte bitov. Prevod spojitého analógového signálu na diskrétny číslicovy tvar sa u väčšiny prevodníkov uskutočňuje v dvoch krokoch. Analógovy sa najskôr periodicky vzorkuje, t.j. získava sa postupnosť uzkych impulzov, pričom ich amplitúdy odpovedajú analógovemu signálu v príslušnych časových okamžikoch.V druhom kroku sú amplitúdy jednotlivých signálov prevádzane tzv. kvantovaním na číslicovy tvar.Kvantizácia priraduje jednotlivým vzorkám diskrétnu hodnotu (výstupné dátove slovo).
Prevodníky typu Delta-Sigma sú moderné prevodníky, vyznačujúce sa jednoduchým hardvérom a zložitým softvérom pracujúcim ako signálovy procesor.Obsahujú integrátor,komparátor a číslicový filter. Vyrábajú sa 16-24 bitové. Na vstupe A/D prevodníka býva často multiplexor, ktorý umožňuje súčasne sledovať niekolko analógových veličín. Čím sú ich zmeny pomalšie, tím viac veličín môžeme sledovať jedným prevodníkom. To prináša značné úspory nákladov. Prevodníky sú riadené riadiacími signálmy, po ukončení prevodu generujú niekedy signál potvrdzujúci platnosť vstupných dát. V súvislosti s používaním mikroprocesorov sa stále častejšie dáva prednosť sériovemu vstupu dát pred paralelným.
Funkcia prevodníku z hladiska hardvéru
Pracujú na princípe vyrovnávania náboja so vzorkovanou spätnou väzbou, ktorá udržuje nulovú strednú hodnotu náboja na výstupe integrátora. Hardváre sigma delta prevodníku je veľmi jednoduchý. Je tvorený sigma delta modulátorom a číslicovým filtrom. Sigma delta modulátor prevádza vstupné napätieU1 na pilovitý priebeh, ktorý je komparovaný v komparátore NK a vzorkovaný signálom o kmitočtefs. Vzorkovací kmitočet je podstatne vyšší ako určuje teorém. Následný decimační číslicový filter robí filtráciu typu dolná priepusť a prevzorkovanie kmitočtomfs/K (K= 20-1000).
Vstupné napätie u1 je sčítané s výstupom jednobitového D/A prevodníka,ktorý je v spätnej väzbe.Integrátor potom po taktu pridá vstup sumačného člena k hodnote napätia,ktoré bola na výstupe v predchádzajúcom integračnom takte. Komparátor dá na výstup log.1, ak je vstupné napätie menšie alebo rovné nule,v opačnom prípade dá log.0.Jednobitová spätná väzba sa snaží udržať výstup integrátora na nule tak,že priemerný výstupný tok jednotiek a núl komparátora je úmerný vstupnému napäťiu. Stredná hodnota na výstupe jednobitového prevodníka je rovná vstupnému meranému napätiu.
Výsledkom je bitový tok 1 a 0 pričom jeho stredná hodnota odpovedá vstupnému napätiu.Výstup môže byť čítaní čítačom a následne digitálne filtrovaný.Filter pracuje na decimačnom princípe a koeficient decimácie K je rádovo v stovkách.
Výhody sigma-delta prevodníkov
-Kompatibilita s technológiou VLSI (90% obvodov prevodníka je realizovaných číslicovou technikou), čo umožňuje integráciu týchto prevodníkov spolu s obvodmi DSP na jednom čipe
-Nízka cena týchto prevodníkov vychádza predovšetkým z predchádzajúcej vlastnosti, prispieva k nej aj skutočnosť, že zvyšná časť analógových obvodov nevyžaduje vysokú presnosť(nie sú nevyhnutné presné obvody ani laserové trimrovanie).
-Vysoká linearita je garantovaná princípom činnosti
-Podstatne nižšie nároky na vstupný (obmedzovací) a výstupný (rekonštrukčný) analógový filter, ktoré sú zvyčajne súčasťou kompletného systému ČSS.
Tieto vlastnosti sigma-delta prevodníkov sú prakticky opakom nevýhodných vlastností konvenčných prevodníkov, čo im zabezpečuje široké možnosti využitia. Základnou nevýhodou sigma-delta prevodnikov je ich relatívne nízka vstupná frekvencia vzorkovania, čo obmedzuje ich využitie v systémoch ČSS s maximálnou frekvenciou vzorkovania rádovo 100ky KHz.
Odkazy
[1] [2]
