www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Analog/Sayısal Çevirici

[ADC = Analog/Digital Converter, Analog/Sayısal Çevirici]

Analog/sayısal çevirici analog giriş sinyalini Ts= 1/ fs e eşit zaman aralıklarında örnekler ve gerilimi sayısal biçime dönüştürür.

Analog/Sayısal
Çevirici (ADC)
Görüşleriniz ADC
Rampalı ADC
Sigma-Delta ADC
Tek rampalı ADC
Çift rampalı ADC
Analog/Sayısal
Çevirici (ADC)
Flash (çakar) ADC
Görüşleriniz ADC
Rampalı ADC
İzleyen ADC
Ardışık
Yaklaşıklama ADC
Sigma-Delta ADC
Tek rampalı ADC
Çift rampalı ADC
Analog/Sayısal
Çevirici (ADC)
Görüşleriniz ADC
Rampalı ADC
Sigma-Delta ADC
Tek rampalı ADC
Çift rampalı ADC
Nyquist-Shannon örnekleme teoremi

Nyquist-Shannon örnekleme teoremi, en büyük frekans bileşeni fmax olan bir sürekli bir sinyalin, bu en büyük frekansın iki katından (2·fmax) büyük fs frekanslı bir sinyalle zamanda ayrık (discrete) örneklenerek herhangi bir veri kaybı olmaksızın geri çatılabileceğini (rekonstürike edilebileceğini) ifade eder.

Giriş sinyalinin eğer, fs örnekleme frekansının yarı değerinden büyük frekanslı bileşenleri varsa, bu durum kalite ve biçim bozukluklarına (artifact) yol açabilir.


Resim 2: Bir 4-Bit flash ADC

Bir 4-Bit flash AD
Resim 2: Bir 4-Bit flash ADC

Flash (çakar) ADC

Radarlar iyi bir çözünürlük için çok kısa süreli darbeler yollarlar ve bu bakımdan kullanılan ADC ler çok hızlı olmalıdır. Flash ADC ler her biri belirli bir eşik değerine sahip çok sayıda karşılaştırıcıdan (comparator) meydana gelmiştir. Giriş sinyalinin o anki geriliminden daha büyük gerilim eşik değerine sahip ilk karşılaştırıcıya öncelik verilir. Bu karşılaştırıcıların iş sıra sayısı sayısal olarak kodlanır ve giriş sinyali sayısal değer olarak hesaplanır.

Bir flash ADC için örneğin, 8-bit veri genişlikli Maxim marka MAX 104 için, 255 adet karşılaştırıcı gerekir. 1 ns lik , yani saniyede bir milyar gibi çok hızlı bir örnekleme hızına sahip bu ADC çok pahalıdır. (yaklaşık 900 Euro).

Yarı-flash ADC


Resim 3: Bir 8-bit yarı-flash ADC

Bir 8-bit yarı-flash ADC
Resim 3: Bir 8-bit yarı-flash ADC

Çevirme işlemi iki adımda yapılır. Bu devre yarı-flash ADC olarak adlandırılır ve 8-bitlik bir duyarlılık için sadece 30 karşılaştırıcı kullanır (gerçek flash ADC de bu karşılaştırıcı sayısı 255 idi).

Bu işlemde önce bir sayısal sözcüğün üst 4 biti çevrilir. Sonuç, bir sayısal/analog çevirici ile tekrar analog sinyale dönüştürülür ve bu sinyal bir fark yükselteci tarafından giriş sinyalinden çıkartılır. Çıkartma işlemi sonunda kalan kısım, ikinci adımda referans gerilimin on altıda biri ile karşılaştırılır ve böylece alt 4 bit çevrilmiş olur.

Tracking (izleyen) ADC


Resim 4: 4-bit İzleme-ADC

4-bit İzleme-ADC
Resim 4: 4-bit İzleme-ADC

Tracking ADC, bir analog/sayısal çeviricinin ürettiği analog sinyalin geriliminin, giriş sinyal gerilimini aşana kadar geçen sürede, en küçük istenen adımın (LSB) sayıldığı bir sayma yöntemi kullanır. Daha sonra sayma yönünü tersine çevirir ve sayıcı analog sinyal giriş sinyalinin altına düşene kadar aşağıya doğru sayar. Bu sefer sayma yönü yine değişir. Yani çıkış sinyali ölçülen sinyal gerilimi civarında iner çıkar.

Yeşil renkli çizgi, devre girişindeki analog sinyaldir. Kırmızı renkli çizgiler, sayısal sinyali temsil eden ve sayısal/analog çevirici devre tarafından yeniden bir analog gerilime dönüştürülen iki yönlü sayaca ait anahtarlama adımlarıdır.
(Büyütmek için tıklayınız: 640·350 piksel = 14 kByte)
Resim 5: Sayma yöntemi

Devrenin masrafı oldukça azdır, çevirme süresi giriş sinyali gerilimine bağlıdır, en kötü durumda işlem sayıcının tüm kademelerini tarar.

Ardışık Yaklaşıklama (SAR- ADC)


Resim 7: Bir SAR ADC

Bir SAR ADC
Resim 7: Bir SAR ADC

Çok farklı devreler kullanılmasına rağmen, analog/sayısal çevirme prensibi çok basittir. Mantığın beyni n-bitlik bir SAR yazmacıdır (register) [SAR: Successive Approximation Register, Ardışık Yaklaşıklama Yazmacı]. Analog-sayısal çevirme işlemi başlamadan önce bütün bitler sıfırlanır. En soldaki bit (MSB) 1 yapılarak (diğer bitler sıfır kalmak kaydı ile) VDAC çıkış gerilimi, Vr referans gerilimin yarı değerine getirilir.

Yeşil renkli çizgi devrenin analog girişindeki gerilimdir. Kırmızı renkli çizgi, SAR yazmacının sayısal çıkış sinyalini temsil eden ve bir sayısal/analog çevirici ile yeniden bir gerilime dönüştürülen anahtarlama adımlarıdır.
(Büyütmek için tıklayınız: 480·350 piksel = 10 kByte)
Resim 6: 4-bit ADC örneğinde gerilime yaklaşım

Ve karşılaştırıcıda Vin giriş gerilimi, DAC çıkış gerilimi VDAC ile karşılaştırılır. Eğer Vin , VDAC tan büyükse karşılaştırıcı çıkışı „1” olur ve n bitlik yazmacın en soldaki (MSB) biti „1” de kalır. Tersi durumda karşılaştırıcı çıkışı „0” olur ve en soldaki bit ise sıfırlanır. Kontrol bu sefer en soldan ikinci bite geçer, bu bit „1” yapılır ve aynı işlemler en küçük bite gelene kadar tekrarlanır. İşlem sayısını sözcükte kaç adet bitin olduğu tayin eder. İşlem bitiminde çıkan n-bitlik sözcük çıkış yazmacında saklanır. Bundan sonra başka bir ölçüme geçilir.