[전자회로실험] D/A 와 A/D Converter 실험

소개글

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목차

1. 실험목적

2. 실험이론

3. 예비보고서

본문내용

0%라 볼 수 있다. 분해능은 분간할 수 잇는 전압의 최소증가분으로 정의된다. 분해능은 첫째로 디지털 입력신호의 비트수의 함수이다. 즉 출력전압의 최소증가분은 LSB에 의해 결정된다.
4-bit weighted resister를 이용한 D/A Converter의 경우
ladder type resister를 이용한 D/A Converter의 경우
- linearity는 예상 출력으로부터의 최대편차로 나타낸다. linearity 0.2%라 하면 예상출력에서 0.2%이상 벗어나지 않아야 한다.
- A/D Converter
(1) ramp type, A/D Converter에 대하여 설명하시오.
- 비교기에서 Ramp발생기의 출력전압과 입력전압 Vi를 비교하여 Vi > VR인 경우에만 비교기 출력이 1이 되어 AND gate를 통해 클록펄스의 카운터에 가해지게 되므로 이 펄스의 수를 계수함으로써 Vi에 비례한 A/D 변환을 할 수 있다. 따라서 Ramp형 A/D변환기의 정밀 되는 Ramp파형의 직선성과 clock 펄스의 안정도에 의해 결정된다.
이 회로는 정밀도가 크게 요구되지 않는 간이형 디지털 멀티미터에 많이 쓰인다.
(2) counter type A/D Converter에 대하여 설명하시오.
- D/A converter와 비교기 제어로직, 2진 카운터로 구성이 된다 .
- 회로의 동작은 리셋시켜 2진 카운터 계수 값ㅇ르 초기화 시키면 2진 카운터의 데이터 값이 모두 0이 되며 레더형 D/A 변환기의 리퍼런스 전압 Va 가 0V 이 된다.
- counter type A/D converter는 비교적 속도가 느리므로 디지털 패널미터등 응답 속도가 빠른 회로에는 사용하지 않는다.
- 싱글 카운터형 : D/A 컨버터와 카운터로 램프 신호를 발생하여 비교기의 기준 신호로 입력시키는 구성 회로. 카운터 출력이 D/A 컨버터에 의해 변환되어 비교기에 가해지는 입력 전압과 D/A 컨버터의 출력 전압이 같아질 때까지 계속 카운터 동작
(3) Successive approximation A/D Converter에 대하여 설명하시오.
- Successive approximation A/D Converter(SAC)
: 연속근사 A/D 변환기, 축차비교형 A/D Converter라고도 한다. 이 변환기는 가장 널리 사용되는 변환기중의 하나로서 디지털-ramp Converter에 비해 회로상으로는 더욱 복잡하지만 변환시간이 짧으며 analog 입력에 관계없이 고정된 변환시간을 갖는다. 기본적인 형태는 디지털-ramp Converter와 비슷하지만 D/A Converter에 입력을 공급하기 위한 counter의 사용대신에 resister를 사용한다는 점이 다르다.
또한 이 방식에서도 디지털 출력 bit와 같은 bit수의 D/A Converter를 사용하며 그의 출력이 Analog 입력전압에 걸맞은 근사값으로 되는 D/A Converter의 입력 digital 값을 결정하므로 A/D 변환 결과를 얻는다.
start pulse
data status
축차비교
레지스터의
출력
msb
lsb
D/A
counter
의 출력
t
연속근사 A/D 변환기의 출력
제어 논리는 레지스터의 data가 아날로그 입력 Va에 대해 변환기의 분해능보다 작은 오차를 가지는 디지털 값이 될 때까지 1-bit씩 레지스터의 값을 변화시킨다. 먼저 MSB를 1로 하고 그때의 출력과 아날로그 입력을 비교해 입력쪽이 크면 MSB=1 아니면 0으로 한다. MSB는 그 상태로 유지하고 MSB 한칸 아래 비트를 1로하고 D/A 변환기의 출력과 아날로그 입력을 비교한다. 마찬가지로 아날로그 입력이 크면 1, 아니면 0으로 한다. 이렇게 같은 방법으로 LSB까지의 과정을 반복하여 출력파형을 얻을 수 있다. 연속근사 변환기는 음성신호 정도의 영역의 신호를 A/D 변환하는 용도에 광범위하게 사용되는 방식이다.
(4) 다음의 A/D Converter의 방식을 자세히 설명하고 ring counter와 storage resister를 사용하여 전 회로를 설계하라.
<구 성 도>
Va
Vrx
EOC
← tc →
<파 형>
- 기본적인 회로의 구성과 그 출력은 위의 그림과 같다. 위 그림의 Converter는 clock 신호에 의해 Vrx≥Va가 되는 시간까지 값이 증가되는 2진카운터를 레지스터로 사용하는데 Vrx의 파형이 조금씩 경사를 이루었기 때문에 digital-ramp A/D Converter라 한다. 그 동작원리는 다음과 같다.
① 시작펄스를 사용하여 카운터를 초기화한다. 또한 시작펄스의 HIGH 상태는 Clock Pulse가 ring counter를 통해 counter로 공급되는 것을 막는다.
② 입력이 0일 때 D/A 변환기의 출력 Vrx는 0V가 된다.
③ Vrx ④ 시작 Pulse가 LOW 상태가 되면 ring counter를 통해 clock Pulse가 Counter에 공급된다.
⑤ 카운터 2진수 값이 증가함에 따라 Vrx는 파형에서 보듯이 한단계씩 증가한다.
⑥ 이 과정은 Vrx가 Vth(스레시 홀드전압)이상으로 입력전압 Va를 초과하는 단계에 이를 때까지 계속되고, EOC는 LOW상태로 전환되어 CP의 유입을 막아 카운터의 동작이 멈추게 된다.
⑦ 이로써 변환과정은 완료되고, 카운터에 저장되어 있는 2진수 Va의 디지털 값으로 주어진다.
⑧ 카운터는 시작 pulse가 새로운 변환을 유도할 때까지 이 값을 계속 유지한다.
(5) 위의 4에서 설계한 각 회로에 대해 resolution, accuracy 및 linearity를 이론적으로 계산하시오.
- A/D 변환기는 아날로그 시스템과 디지털 시스템 양쪽을 가진 폐회로 시스템이기 때문에 종합적 정확도는 아날로그 시스템 상태와 디지털 상태 양쪽으로부터의 오차를 포함시켜야 한다. 종합적 정확도를 결정하는데 오차의 이 두가지 원천을 분리하는 것이 가장 쉬운 것이다. 만약 모든 부품들이 적절하게 작동되고 있다면, 디지털 오차의 원인은 단순히 시스템의 resolution에 의해서만 결정된다.

키워드

D/A,   A/D,   컨버터,   converter,   회로,   D/A 와 A/D,   D/A 와 A/D Converter,   변환기