Analogno-digitalna pretvorba

Uvod – Teorija signala Signal ima svrhu da se na prikladan način nekakva poruka isporuči odredištu. U području komunikacija, obradi signala, te u elektrotehnici općenito, signal je bilo kakva vremenska ili prostorna promjena stanja medija kroz koji se rasprostire. U računalnoj tehnici ogleda se prvenstveno u promjenama električnih veličina koje se prenose kroz računalni sustav. Pri obradi signala može se u osnovi utjecati na promjenu njegove amplitude, frekvencije i faze. Postupak obrade signala u predaji s kojim se u visokofrekventni prijenosni signal - nositelj 'utiskuje' niskofrekventni (NF) signal poruke naziva se MODULACIJA. Na prijamnoj strani se vrši obratni postupak, nazvan DEMODULACIJA.

Analogno-digitalna pretvorba Signali u stvarnom svijetu su analogni: svjetlo, zvuk, ime itd. Analogni signal je neprekidan u vremenu i potrebno ga je pretvoriti u niz digitalnih vrijednosti. Npr. - kada skeniramo sliku na skeneru, skener izvodi - analogno -digitalnu pretvorbu: tj. uzima analogne informacije sa slike (svjetlo) i pretvara ih u digitalne - kada snimimo svoj glas na računalu, koristmo analogno-digitalni pretvarač za pretvaranje svog glasa, koji je analogni, u digitalne podatke.

Elektronički uređaj koji pretvara analogni signal (napon) u digitalni je Analogno- digitalni pretvarač (ADC skraćeno, A / D ). Da bi analogni signal pretvorili u digitalni treba definirati brzinu prijenosa tj. frekvenciju kojom se nove digitalne vrijednosti odabiru tj. uzorkuju s analognog signala i razlučivost (broj bitova) Učestalost novih digitalnih vrijednosti se zove brzina uzorkovanja ili frekvencija uzorkovanja konvertera. S obzirom da ADC praktično ne može obaviti trenutnu pretvorbu, ulazna se vrijednost mora konstantno zadržavati cijelo vrijeme dok pretvarač izvodi pretvorbu (to se naziva vrijeme pretvorbe). Ulazni sklop poznat kao ‘’uzorkovati i zapamtiti” obavlja taj zadatak – u većini slučajeva koristeći kondezator da pohrani analognu voltažu na ulazu, te se pomoću elektronske sklopke razdvaja kondezator od ulaza. Mnogi ADC integrirani sklopovi uključuju unutarnji ‘’uzorkovati i zapamtiti” podsistem.

Tri su karakteristične metode pretvorbe: sukcesivna aproksimacija integracija neposredna usporedba Prema načinu rada razlikujemo sljedeće vrste pretvaraca: pretvarači sa sukcesivnom aproksimacijom integracijski pretvarači paralelni (flash) pretvarači cjevovodni (pipeline) pretvarači sigma – delta pretvarači

Usporedba A/D pretvarača Kontinuirana pretvorba jednog analognog signala:

Pretvorba više analognih signala (multipleksiranje) Razlučivost 8 16 24

Rezultat pretvorbe je digitalni električni signal u vidu pozitivnog ili negativnog strujnog izlaza na predajniku i prepoznavanje tog stanja (ne oblika) u prijemniku. U većini slučajeva to se simbolički označava sa "1" i "0". Takav električni signal može se prenositi : - izravno na način da ga se kao različite naponske razine (samo dvije) uputi preko nekog fizičkog voda do primatelja, što je u računalnoj tehnologiji najčešće - drugi je način je da s njim izvrši modulacija signala sinusnog oblika kojeg se potom šalje fizičkim medijem (vodič) ili slobodnim prostorom (radio valovi).  Digitalizacija signala poruke povećava otpornost na smetnje, omogućava uporabu manjeg frekventnog opsega i vremenski multipleks. U odnosu na analogni signal unosi se svjestan gubitak vjerodostojnosti tijekom prijenosa, zbog raspona nivoa digitalizacije Sve se u suštini svodi na zahtjev da se opisani postupci moraju obaviti na način da prosječan korisnik ne vidi nekakvu značajnu razliku između prijenosa analognog i digitalnog signala poruke.

Digitalno-analogna pretvorba Kad treba analogni signal natrag tj. suprotno pretvoriti u digitalni, to čini elektronički uređaj koji se zove digitalno-analogni pretvarač (skraćeno DAC). Npr. - kada slušamo glazbu s CD-a, CD-player čita digitalne podatke pohranjene na disku i pretvara ih natrag u analogne, tako da možete čuti glazbu.

Pretvorba se najčešće odvija otpornom mrežom R-2R. LSB do MSB bit-a (bit-ovi najveće i najmanje težinske vrijednosti). Struja je jednaka u svakoj grani.

Osnovni parametri D/A pretvarača su : - razlučivost (broj bitova), kreće od 8 do 24 bita - brzina pretvorbe, preko 1 Gsps (sps =uzoraka/s). Prijenosna funkcija D/A pretvarača sastoji se od 2N diskretnih analognih vrijednosti. Primjer: 8-bitni D/A pretvarač, raspon izlazne analogne vrijednosti [0, 5.12V] (napon LSB je 20 mV). Za razliku od analognih ulaza, kod kojih je multipleksiranjem analognog signala moguće koristiti jedan A/D pretvarač za pretvorbu više analognih signala, za svaki analogni izlaz trebati će upotrijebiti po jeda D/A pretvarač.