www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Analog/Sayısal Dönüştürücü

Resim 1: Her biri 16-bit veri genişliğine sahip ve 500 MS/s lik 5 ASD kanalı olan bir FMC modülü örneği.
(Sundance DSP Inc.'in izni ile,, www.sundancedsp.com)

Resim 1: Her biri 16-bit veri genişliğine sahip ve 500 MS/s lik 5 ASD kanalı olan bir FMC modülü örneği.
(Sundance DSP Inc.'in izni ile, www.sundancedsp.com)

Analog/Sayısal Dönüştürücü

Not: Bu metinde Analog/Sayısal Dönüştürücü için ASD kısaltması kullanılacaktır (ADC = Analog/Digital Converter)

ASD sürekli çalışmaz, analog giriş işaretini Ts= 1/ fs e eşit zaman aralıklarında örnekler ve gerilimi sayısal biçime dönüştürür.

Analog/Sayısal
Dönüştürücü (ASD)
Geri beslemeli ASD ler
Rampalı ASD
Sigma-Delta ASD
Tek rampalı ASD
Çift rampalı ASD
Analog/Sayısal
Dönüştürücü (ASD)
Çakar ASD ler
Geri beslemeli ASD ler
Rampalı ASD
İzleyicili ASD
Ardışık
Yaklaşıklama ASD
Sigma-Delta ASD
Tek rampalı ASD
Çift rampalı ASD
Analog/Sayısal
Dönüştürücü (ASD)
Görüşleriniz ASD
Rampalı ASD
Sigma-Delta ASD
Tek rampalı ASD
Çift rampalı ASD
Nyquist-Shannon örnekleme teoremi

Nyquist-Shannon örnekleme teoremi, en büyük frekans bileşeni fen büyük olan bir sürekli işareti, bu en büyük frekansın iki katından (2·fmax büyük) daha büyük fs frekanslı bir işaretle zamanda ayrık (time-discrete) örnekleyerek herhangi bir veri kaybı olmaksızın geri çatılabileceğini (reconstructed) ifade eder.

Eğer giriş işaretinin, fs örnekleme frekansının yarı değerinden büyük frekanslı bileşenleri varsa, bu durum kalite ve biçim bozukluklarına (artifacts) yol açabilir.

Resim 2: Bir 4-bitlik çakar ASD anahtarlama örneği

Bir 4-Bit flash AD

Resim 2: Bir 4-bitlik çakar ASD anahtarlama örneği

Çakar ADS (Flash ADC)

Radarlar iyi bir çözünürlük elde etmek için çok kısa süreli darbeler yollarlar ve bu bakımdan kullanılan ASD ler çok hızlı olmalıdır. Çakar ASD ler her biri belirli bir eşik değerine sahip çok sayıda karşılaştırıcıdan (comparator) meydana gelir. Öncelik mantığında karşılaştırıcı eşik değerinin en büyük değerini aşan giriş işareti belirlenir. Bu karşılaştırıcının sıra sayısı (ordinal number) bir ikili sayı olarak kodlanır ve giriş işaretinin bir sayısal değeri olarak işlenir.

Örneğin, bir çakar ASD için 255 adet 8-bit veri genişlikli Maxim MAX 104 karşılaştırıcı gerekir. 1 ns lik, yani saniyede bir milyar gibi çok hızlı bir örnekleme hızına sahip bu ASD çok pahalıdır.

Yarı-çakar ASD (Half-flash ADC)

Resim 3: Bir 8-bitlik Yarı-çakar ASD nün işlevsel bağlantı şeması

Bir 8-bit yarı-flash ADC

Resim 3: Bir 8-bitlik Yarı-çakar ASD nün işlevsel bağlantı şeması

Bir Flash ASD nin devasa anahtarlama işlemini azaltmak için, dönüştürme hızının düşmesi pahasına, uygulama iki aşamada yapılabilir. Bu devre yarı-çakar ASD olarak adlandırılır ve 8-bitlik bir duyarlılık için sadece 30 karşılaştırıcı kullanır (gerçek çakar ASD de ise bu sayı 255 dir).

Bu işlemde yalnızca üst 4 bit bir sayısal sözcüğe dönüştürülür. Sonuç, bir sayısal/analog çevirici ile tekrar analog gerilime çevrilir ve bu işaret bir fark yükselteci tarafından giriş geriliminden çıkartılır. Çıkarma işlemi sonunda kalan kısım, ikinci adımda referans gerilimin on altıda biri ile karşılaştırılır ve böylece alt 4 bit dönüştürülmüş olur.

İzleyici ASD (Tracking ADC)

Resim 4: 4-bitlik İzleyici ASD nün prensibi

4-bit İzleme-ADC

Resim 4: 4-bitlik İzleyici ASD nün prensibi

İzleyici ASD, Analog/Sayısal Dönüştürücü tarafından üretilen analog gerilimi, giriş işaret gerilimini aşana kadar, istenen en küçük bitin (Least Significant Byte, LSB) sayıldığı bir yöntem kullanır. Ardından bir karşılaştırıcı sayma yönünü değiştirir ve sayıcı, analog gerilimi giriş işaretinin altına düşene kadar aşağıya doğru sayar. Şimdi sayma yönü tekrar değiştirilir. Dolayısıyla çıkış işareti ölçülen giriş gerilimi civarında salınır.

Yeşil renkli çizgi, devre girişindeki analog işaretdir. Kırmızı renkli çizgiler, sayısal işaretli 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

Anahtarlama işlemi çok azdır, ancak dönüştürme süresi giriş gerilimine bağlıdır, en kötü durumda işlem sayıcıda tüm kademeler taranmalıdır.

Ardışık Yaklaşıklamalı ASD

Resim 7: Bir Ardışık Yaklaşıklamalı ASD nün prensip şeması

Bir SAR ADC

Resim 7: Bir Ardışık Yaklaşıklamalı ASD nün prensip şeması

Çok farklı devreler kullanılmasına rağmen, analog/sayısal dönüştürme prensibi çok basittir. Mantığın beyni n-bitlik bir „Ardışık Yaklaşıklamalı Yazmaçtır” (Successive Approximation Register, SAR). Analog/sayısal dönüştürme işlemi başlamadan önce bütün bitler sıfırlanır. En soldaki bit „1” yapılarak başlanır. ASD nün VDAC çıkış gerilimi, böylece Vr referans gerilimin yarı değerine ayarlanır.

Yeşil renkli çizgi devrenin analog girişindeki gerilimdir. Kırmızı renkli çizgi, SAR yazmacının sayısal çıkış işaretini temsil eden ve bir sayısal/analog çevirici ile yeniden bir gerilime dönüştürülen anahtarlama adımlarıdır.
(Büyütmek için tıklayınız: 480·350 piksel = 10 kByte)

Resim 6: Bir 4-bitlik ASD örneğini kullanarak gerilimin yaklaşık olarak türetilmesi

Karşılaştırıcıda Vin giriş gerilimi, Sayısal/Analog Dönüştürücünün (Digital/Analog Converter, DAC) çıkış gerilimi olan VDAC ile karşılaştırılır. Eğer Vin, VDAC tan büyükse karşılaştırıcının çıkışı kurulu (set) kalır, tersi durumda karşılaştırıcı çıkışı sıfırlanır (reset). Kontrol bu sefer ikinci bite geçer, bu bit kurulur ve aynı işlemler en küçük bite gelene kadar tekrarlanır. İşlem sayısı sözcükte kaç adet bitin olduğu tayin eder. İşlem bitiminde ortaya çıkan bit deseni çıkış gerilimi olarak saklanır. Çıkış yazmacı, bu değeri yeni bir ölçüm işlemi başlayana kadar saklar.