ANALOGNO-DIGITALNI PRETVORNIKI Glede na princip delovanja jih razdelimo na: števne; števne z dvojno strmino; sledilno števne; pretvornike s postopnim približevanjem in pretvornike z neposredno pretvorbo. Naslednja delitev AD-pretvornikov glede na hitrost pretvorbe: najbolj počasni so pretvorniki z dvojno strmin; počasni so sledilno števni pretvorniki; srednje hitri so pretvorniki s postopnim približevanjem s frekvenco vzorčenja manjšo od 1MHz in hitri pretvorniki z neposredno pretvorbo s frekvenco vzorčenja večjo od 1MHz. Pomembni parametri analogno-digitalnega pretvornika so: prenosna karakteristika, hitrost in način pretvorbe ter ločljivost (korak kvantizacije) in pogreški.

A/D pretvorba - splošno Naloga A/D pretvornika je pravzaprav dvojna: Vzorčenje – “otipavanje” signala v danih časovnih trenutkih (časovna diskretizacija). Kvantizacija – prirejanje dani analogni vrednosti signala ene izmed (dovoljenih) diskretnih vrednosti. Z vzorčenjem in kvantizacijo nastane “digitalen signal”. Obdelava takih signalov spada na področje “digitalne obdelave signalov” (angl. Digital Signal Processing - DSP). Nekateri tovrstni signali so “večdimenzionalni”, na primer slike in obdelava le-teh je “digitalna obdelava slik” (angl. Digital Image Processing). Obdelava (digitalnih) signalov je računsko zahtevna. Nekateri procesorji so zasnovani prav za (hitro) obdelavo digitalnih signalov. Taki procesorji so znani pod oznako “DSP procesorji”. Obstajajo pa tudi hibridni procesorji.... (DSP mikrokrmilniki).

A/D pretvorba - vzorčenje Analogni signal ‘vzorčimo’ - zajemamo v enakomernih časovnih trenutkih. Perioda vzorčenja je ts. Frekvenca vzorčenja je fs = 1/ ts. Temeljno pravilo vzorčenja frekvenčno omejenega signala [0,F]: fs >= 2 x F To omogoča popolno rekonstrukcijo prvotnega (analognega) signala. t ts vzorec

Hitrost vzorčenja Nyquistov kriterij vzorčenja: hitrost vzorčenja mora biti 2x večja od frekvence merjenega signala

A/D pretvorba - vzorčenje Frekvenca vzorčenja: Popolna rekonstrukcija signala je možna, če vzorci niso moteni s šumom. Signal je pred pretvorbo priporočljivo frekvenčno omejiti. Višja frekvenca vzorčenja “ne škodi”, a ni zastonj. Včasih popolna rekonstrukcija niti ni potrebna. Področje uporabe narekuje, kaj sploh je ‘koristni’ signal. Frekvenca vzorčenja postane v praksi kompromis, odvisen od: Hitrosti A/D pretvornika. Za pretvorbo je potreben določen čas. Prevzema vzorca. Vzorec je potrebno prevzeti in shraniti (v pomnilnik). Velikosti (med)pomnilnika. Višja je frekvenca vzočenja, več je vzorcev in več pomnilnika potrebujemo.

A/D pretvorba - kvantizacija Vrednost signala kvantiziramo, to je vrednosti vzorca priredimo najbližjo možno diskretno vrednost. S tem vnesemo napako – napako kvantizacije (). Na podlagi diskretne vrednosti signala je nemogoče zagotovo sklepati na pravo vrednost prvotnega signala. To negotovost poimenujemo “kvantizacijski šum”, 2/12. t 000 001 111 101 011 100 100 011 100 111 110 101 100 011 010 001 000

Resolucija 3-bitnega pretvornika Time (ms) 100 200 150 50 1.25 5.00 2.50 3.75 6.25 7.50 8.75 10.00 Amplitude (Volts) 16-Bit versus 3-Bit Resolution (5 kHz Sine Wave) 16-bit 3-bit 000 001 010 011 101 110 111 | The process of digitizing an analog signal involves representing the signal with a finite set of voltage levels. The number of voltage levels available to represent the analog signal is a function of the resolution of the analog-to-digital converter(s) (ADC) in the DAQ system. Resolution specifies the number of bits, n, that the analog-to-digital converter uses to represent the analog signal. The ADC voltage range is divided into 2n divisions or levels. Each level is assigned a digital code (incrementing binary numbers), which represents a discrete voltage in the range. The ADC returns the digital code that best fits (highest possible level without going over the actual voltage) the voltage level of the analog signal. The higher the resolution, the higher the number of digital codes—hence, the higher the actual number of voltage levels that the ADC can represent. Resolution is an unchangeable parameter of a DAQ board. Step-by-Step Data Acquisition 36 ni.com

Prenosna karakteristika tribitnega AD-pretvornika

POGREŠKI AD-PRETVORIKOV Idealna prenosna karakteristika

Ničelni pogrešek

Pogrešek diferenčne nelinearnosti

Pogrešek linearnosti

Pogrešek strmine

Hitrost vzorčenja Nyquistov kriterij vzorčenja

A/D pretvornik Nekaj podatkov A/D pretvornika Hitrost vzorčenja oziroma čas pretvorbe, Dinamično območje oziroma območje, v katerem se giblje signal, npr. 0V 00000000, 5V  11111111. Ločljivost, to je število kvantizacijskih nivojev, na primer 256 ali izraženo v bitih 8 bitna kvantizacija - ločljivost. Število (analognih) multipleksiranih vhodov (“kanalov”), na primer 8. A/D Analogni vhodi