Server » Verwarming » Technische informatie » » AD omzetters
AD omzetters
Sampling
Om waarden in een meetsysteem in te brengen moeten de waarden omgezet worden van analoog naar digitaal. Er bestaan 3 groepen omzetters: flash omzetters, dubbele slope en bitstream.
-

-

Meten is weten

Alle omzetters worden met een kloksignaal gesynchroniseerd. Er bestaat geen betere of slechtere omzetter, er zijn enkel omzetters die beter of minder geschikt zijn voor een bepaalde taak.

Flash omzetter

De flash omzetter voert de conversie uit in n keer, daarom wordt dit type omzetter ook directe omzetter genoemd. De omzetter bestaat uit een reeks comparatoren die de waarde meten ten opzichte van een reeks weerstanden.

Deze omzetter is zeer snel en voert de omzetting uit in n klokcyclus. Omdat iedere meting met een schone lei begint kan de omzetter probleemloos signalen met een hoge flanksteilheid verwerken: de digitale waarde is de waarde van de spanning op het ogenblik van de meting.

De omzetter werd vroeger gebruikt voor videosignalen te verwerken (klokfrekwentie van 10MHz en 8 bits nauwkeurigheid), nu wordt het gebruikt om radarsignalen te digitaliseren, om processen in de nijverheid te volgen die een snelle respons vergen (continu gieterij van staal, warmwalsen en dergelijke).

Een nadeel van de omzetter is dat de complexiteit van de omzetter kwadratisch stijgt met de gewenste nauwkeurigheid. Er bestaan methodes om de omzetter een hogere nauwkeurigheid te geven, maar dit maakt ook de omzetter meer complex en vertraagt de omzetting.

Bij een type omzetter wordt er na een eerste omzetting de nauwkeurigheid verhoogd door de range te vernauwen en een nieuwe meting te doen met de nauwere range, of door de range continu in twen te splitsen. Geen van beide methodes is echt goed, ze maken de omzetter nog complexer en vertragen de algemene omzetting.

Een methode die te vermelden is omdat die eenvoudig te implementeren is, is de dithermethode. Men maakt gebruik van het feit dat de omzetter zeer snel werkt. Men voegt een ruissignaal toe aan het signaal dat bemonsterd moet worden. De ruis moet zodanig sterk zijn dat die door de omzetter gemeten kan worden, maar niet zo sterk dat die de meetwaarde overschaduwt. Door een tiental metingen digitaal te integreren (gemiddelde maken) bekomt men een waarde die een hogere nauwkeurigheid heeft, zonder dat men een nauwkeurigere omzetter moet gebruiken. Meestal gebruikt men een glijdende gemiddelde, zodat de metingen niet teveel vertraging oplopen.

Bij een ander systeem wordt na de omzetting de analoge waarde vergeleken met de digitale waarde (die opnieuw naar analoog omgezet wordt) en het verschil wordt meegenomen naar de volgende meting. De fout van de omzetter is hier het dithersignaal, maar de meetfout wordt ook gereduceerd. Men gebruikt het feit dat de omzetter reeds over de nodige weerstanden beschikt en dus evensnel een digitale naar analoge omzetting kan uitvoeren.

VoordelenNadelen
Zeer snel, het signaal wordt onmiddelijk gevolgdBeperkte nauwkeurigheid
Kan meestal zowel als AD als DA omzetter gebruikt wordenComplex, hoog verbruik
Gebruik: video-omzetters, later ook digitalisatie van snelle processignalen (radar, industrie).

Dual slope omzetter

De omzetter bestaat uit een condensator die geladen en ontladen wordt door twee constante stroombronnen, een comparator en een teller. De teller wordt op nul gezet en de lading van de condensator begint vanaf een minimumwaarde. De lading loopt door totdat de spanning over de condensator hoger is dan de te meten waarde. De condensator wordt dan ontladen. Als de condensator opnieuw de minimumwaarde passert wordt de waarde van de teller gebruikt. Het cyclus kan nu herbeginnen.

In het voorbeeld meten we een rode en blauwe spanning. De meting duurt 417 tellen voor de blauwe spanning en 768 tellen voor de rode spanning (een tel=klokcyclus kan bijvoorbeeld 1µs duren).

Het is een eenvoudige maar trage omzetter en de tijd die nodig is voor een omzetting ligt niet vast (er is wel een maximumtijd voorzien). Een nieuwe meting kan direct gebeuren na de eerste cyclus, of de omzetter kan wachten op een masterklok. Er zijn weinig extra componenten nodig als er een tweede spanning gemeten moet worden. De waarde die de teller heeft na de meting is een lineaire maat van de spanning aan de ingang.

Deze omzetters worden vaak gebruikt in toepassingen waar een nauwkeurige meting nodig is, maar waar de snelheid niet belangrijk is (multimeters en andere digitale aanwijzers).

Men gebruikt een opgaande en neergaande slope om fouten in het analoge gedeelte te onderdrukken. Met deze omzetters is een hoge nauwkeurigheid mogelijk.

De omzetter bestaat in verschillende uitvoeringen die intern wat kunnen verschillen, maar het principe blijft hetzelfde. Bij een type omzetter wordt de condensator geladen door de te meten spanning zelf (via een weerstand) en ligt het schakelniveau vast.

VoordelenNadelen
Hoge nauwkeurigheidTraag
Eenvoudig,
laag verbruik
De meting is beschikbaar na een onbepaalde tijd
(maar er is een maximumtijd)
Toepassing: alle soorten digitale aanwijzers en multimeters

Bitstream omzetter

De bitstreamomzetter lijkt veel op de vorige omzetter en heeft ook een condensator, een hoog en laag niveau. De condensator wordt door de weerstand geladen naar het hoog niveau indien de spanning over de condensator lager is dan de te meten waarde en naar het laag niveau als de spanning over de condensator hoger is. Het is belangrijk aan te geven dat het laden en ontladen met een weerstand gebeurt, en niet met een stroombron (logaritmische lading en ontlading). Met een stroombron zou het niet mogelijk zijn de effektieve spanning te meten, want de resultaat van de omzetting zou uiteindelijk altijd naar 10101010... neigen, ongeacht de te meten waarde.

Bij iedere klokpuls wordt de schakelaar indien nodig omgeschakeld en de omzetter levert een bit 1 of 0 als de weerstand met het laag of hoog niveau verbonden is.

Men ontvangt zo een bitstroom waarvan de gemiddelde waarde (gemeten over een groot aantal bits of klokpulsen) overeenkomt met de te meten waarde.

De omvormer is de meest eenvoudige en men kan met dezelfde omzetter zowel een goede nauwkeurigheid bekomen of een snelle meting (maar niet beide tegelijk). De software bepaalt welke nauwkeurigheid gewenst is.

Deze omzetters wordt bijvoorbeeld gebruikt voor de omzetting van audiosignalen met een klokfrekwentie van meer dan 10MHz. Audiosignalen hebben geen steile flanken die door de omzetter slecht verwerkt worden.

De nauwkeurigheid is in het algemeen gemiddeld, maar men kan een afgeleide berekenen door een recente venster te vergelijken met een oudere venster (stijgt de spanning of daalt de spanning?)

Er zijn heel veel bits nodig om tot een voldoende nauwkeurigheid te komen want de bits zijn niet gewogen. Men heeft honderdduizend metingen nodig om tot de nauwkeurigheid van een goede dual slope omzetter te komen. Afzonderlijk genomen vormen de bits enkel ruis.

Een verbeterde versie sigma-delta genaamd stuurt de gemeten bit terug naar de ingang van de omzetter (deltawaarde), de gemeten waarde is de sigma-waarde (sommatie van een aantal bits). Met deze verbetering kan de omzetter sneller een signaalwijziging volgen.

VoordelenNadelen
Eenvoudig,
mogelijkheden worden softwarematig bepaald
Volgt een wisselend signaal traag,
niet geschikt voor signalen met steile flanken
Nauwkeurige meting of snelle meting met dezelfde omzetterOpeenvolgende benaderingen van de analoge waarde
Gebruik: audio-omzetters

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's