W.7. PRZETWORNIKI
C/A
W.7. PRZETWORNIKI
C/A
Przetworniki C-A w różnych
zastosowaniach przetwarzania sygnałów
Klasyfikacja przetworników C-A
Asynchroniczne (a) i synchroniczne (b)
Gwiazdka oznacza sygnał próbkowany z pamięcią
Schemat blokowy przetwornika C-A
b
0
– the most significant bit (MSB) bit najbardziej
znaczący
b
N-1
– the least significant bit (LSB) bit najmniej znaczący
D
Charakterystyka przejściowa przetwornika
C-A
(3- bitowy)
DEFINICJE
1. Rozdzielczość (Resolution) przetwornika DAC jest równa liczbie
bitów zastosowanego słowa cyfrowego.
2. Pełny zakres (Full scale FS) jest różnicą: (Wyjście analogowe, gdy
wszystkie bity są równe 1) minus (Wyjście analogowe, gdy wszystkie
bity są równe 0).
3. Granica pełnego zakresu (Full scale range) jest definiowanya jako:
4. Szum kwantyzacji jest naturalną niedokładnością w cyfryzacji
wartości analogowej ze skończoną rozdzielczością przetwornika.
N
REF
N
REF
REF
V
V
V
FS
2
1
1
0
2
REF
N
V
FS
FSR
lim
12
2
12
5
,
0
1
)
i
kwantyzacj
szumu
(
2
0
2
N
T
FSR
LSB
dt
T
t
LSB
T
rms
2
2
6
2
12
2
2
2
12
)
(
max
N
N
N
OUT
FSR
FSR
FSR
rms
v
SNR
5. Zakres dynamiczny (DR) przetwornika DAC jest stosunkiem FSR do
najmniejszej różnicy, która może być rozróżniona (tj. LSB).
lub wyrażony w dB:
6. Stosunek sygnał – szum (SNR) jest stosunkiem wartości pełnego
zakresu do średniokwadratowej wartości szumu kwantyzacji:
7. Maksymalna wartość SNR (SNR
max
) dla sinusoidy definiowana jest
jako:
lub w dB
)
dB
(
02
,
6
)
dB
(
N
DR
N
N
FSR
FSR
LSB
FSR
DR
2
2
)
zakres
(
N
OUT
FSR
rms
v
SNR
2
12
)
(
dB
02
,
6
76
,
1
2
log
20
2
log
20
6
log
10
2
2
6
log
20
)
dB
(
max
N
SNR
N
N
2
2
)
(
max
FSR
rms
v
OUT
8
8
9. Efektywna liczba bitów – ENOB (Effective number of bits ):
Gdzie: SNR
Actual
jest aktualną wartością parametru SNR ADC.
Zakres dynamiczny (DR) jest wymaganym zakresem amplitudy, aby
uzyskać rozdzielczość N bitów amplitudy napięcia wyjściowego.
Jednakowoż, odnosząc zadaną amplitudę analogowego sygnału
wyjściowego do napięcia referencyjnego, wymagany zakres
dynamiczny (DR) musi być zwiększony o 1,76 dB, aby uwzględnić
obecność szumu kwantyzacji.
Tak więc, dla 10-bitowego DAC zakres dynamiczny DR wynosi 60.2 dB
i dla pełnego zakresu średniokwadratowej wartości napięcia
wyjściowego (full-scale, rms output voltage), wartość sygnału musi
być 62 dB powyżej jakiegokolwiek poziomu szumów obecnych na
wyjściu przetwornika DAC (noise floor).
02
,
6
76
,
1
Actual
SNR
ENOB
Klasyfikacja przetworników C-A
Przetworniki C-A skalowane prądowo
z binarnie ważonymi prądami
)
......
(
1
2
1
0
N
F
OUT
I
I
I
I
R
v
1
2
1
0
,....,
,
,
N
I
I
I
I
Gdzie: są binarnie ważonymi
prądami
Implementacja przetwornika C-A ze
skalowaniem prądowym z binarnie ważonymi
prądami źródeł prądowych typu absorbcyjnego
(current sinks)
REF
N
N
N
N
N
N
OUT
N
REF
REF
REF
N
N
N
N
OUT
V
b
b
b
b
b
b
v
R
V
R
V
I
I
I
b
I
b
I
b
I
b
R
v
2
2
2
......
8
4
2
2
:
gdy
2
.....
4
2
1
1
2
2
3
2
1
0
2
1
1
0
3
2
1
2
Przetworniki C-A z binarnie ważonymi
rezystorami
REF
N
N
OUT
F
REF
N
N
O
F
OUT
V
b
b
b
b
K
v
KR
R
V
R
b
R
b
R
b
R
b
KR
I
R
v
2
......
8
4
2
2
:
gdy
2
......
4
2
2
1
2
1
0
1
1
2
1
0
1
1
2
1
2
N
N
LSB
MSB
R
R
R
R
2R
Implementacja przetwornika C-A z binarnie
ważonymi rezystorami za pomocą drabinki
rezystancyjnej R-2R
Zasada działania drabinki rezystancyjnej R-2R
Przetworniki C-A ze skalowanymi
napięciami
Creates all possible values of the analog output then uses a decoding
network to determine which voltage to select - based on the digital
input word.
3-bitowy przetworniki C-A skalowany
napięciowo
b
2
= b
1
= b
0
=1
)
1
2
(
16
)
5
,
0
(
8
n
V
n
V
v
REF
REF
OUT
Praktyczna realizacja 3-bitowego
przetworniki C-A ze skalowanymi
napięciami
Przetworniki C-A ze skalowanymi ładunkami
Ogólna koncepcja przetwornika C-A ze skalowanymi ładunkami polega na
wykorzystaniu pojemnościowego dzielnika napięcia referencyjnego (w
miejsce rezystancyjnego).
Przykład prostego dzielnika pojemnościowego:
REF
REF
out
V
C
C
C
V
C
C
C
V
2
1
1
2
1
2
1
1
1
1
1
1
0
1
2
2
n
n
C
b
C
b
C
b
C
REF
N
N
REF
REF
O
V
b
b
b
b
V
C
C
V
C
C
C
v
2
....
2
2
2
2
1
3
2
2
1
1
0
1
2
1
1
1
2
2
C
C
C
Przetwornik C-A ze skalowanymi ładunkami
ważonymi binarnie
Działanie:
1.) Wszystkie przełączniki dołączone do masy w czasie fazy φ1
(rozładowanie do zera wszystkich pojemności)
.
2). Przełączniki S
i
dołączone do V
REF, jeżeli
b
i
= 1 lub do masy,
gdy b
i
= 0.
Tworzy się zatem dzielnik pojemnościowy, jak na poprzednim
slajdzie, w którym:
19
19
Przetwornik C-A ze wzmacniaczem ładunkowym
ze skalowanymi ładunkami ważonymi binarnie
(Binary Weighted, Charge Amplifier DAC)
Attributes:
• No floating nodes which implies insensitive to parasitics and
fast;
• No terminating capacitor required;
• Can totally eliminate parasitics with parasitic-insensitive
switched capacitor circuitry but not the charge feedthrough
Równoległe przetworniki C-A z rozszerzoną
rozdzielczością
Analog Scaling -
Divider Approach
Example of
combining a m-bit
and k-bit subDAC
to form a (m+k)
-bit DAC.
1
0
2
b
REF
V
REF
k
k
m
m
m
m
m
REF
m
m
OUT
V
b
b
b
b
V
b
b
b
b
v
2
......
8
4
2
2
1
2
......
8
4
2
1
2
1
1
2
1
0
REF
k
m
k
m
m
m
m
m
m
m
m
m
OUT
V
b
b
b
b
b
b
b
b
v
2
......
2
2
2
2
......
8
4
2
1
3
2
2
1
1
1
2
1
0
Równoległe przetworniki C-A z rozszerzoną
rozdzielczością
Reference Scaling -
Subranging
Approach
Example of
combining a m-bit
and k-bit subDAC
to form a (m+k)
-bit DAC.
1
0
2
b
REF
V
m
REF
k
k
m
m
m
m
REF
m
m
OUT
V
b
b
b
b
V
b
b
b
b
v
2
2
......
8
4
2
2
......
8
4
2
1
2
1
1
2
1
0
REF
k
m
k
m
m
m
m
m
m
m
m
m
OUT
V
b
b
b
b
b
b
b
b
v
2
......
2
2
2
2
......
8
4
2
1
3
2
2
1
1
1
2
1
0
Accuracy considerations of this method are similar to the analog scaling
approach.
Przetwornik C-A z rozszerzoną rozdzielczością,
wykorzystujący dwa przetworniki C-A skalowane
prądowo
(Current Scaling Dac Using Two SubDACs)
16
8
4
2
16
1
16
8
4
2
7
6
5
4
3
2
1
0
b
b
b
b
b
b
b
b
I
R
v
F
OUT
Przetwornik C-A z rozszerzoną rozdzielczością,
wykorzystujący dwa przetworniki C-A ze skalowanym
ładunkiem
(Charge Scaling DAC Using Two SubDACs)
C
C
C
C
C
C
C
C
C
s
s
2
15
2
1
2
16
2
1
8
1
lub
2
1
1
1
8
Projekt pojemności skalującej, C
s
:
Kombinacja szeregowej pojemności C
s
oraz wypadkowej pojemności
matrycy LSB musi zamykać matrycę MSB o pojemności C/8. Dlatego
możemy napisać:
Dziękuję za uwagę!!!
Dziękuję za uwagę!!!
PRZETWORNIKI
C/A