78
CHỈÅNG 6
CHUØN ÂÄØI TỈÅNG TỈÛ - SÄÚ
CHUØN ÂÄØI SÄÚ - TỈÅNG TỈÛ
6.1. Cå såí l thuút
Âãø phäúi ghẹp giỉỵa ngưn tên hiãûu cọ dảng tỉång tỉû våïi cạc hãû thäúng xỉí l säú ngỉåìi
ta dng cạc mảch chuøn âäøi ttỉång tỉû - säú (ADC : Analog-Digial Converter) v cạc
mảch chuøn âäøi säú - tỉång tỉû (DAC : Digial- Analog Converter).
Hçnh v (6.1) biãøu diãùn quạ trçnh biãún âäøi
tên hiãûu dảng tỉång tỉû sang dảng säú.
Tên hiãûu tỉång tỉû V
A
âỉåüc chuøn thnh
dảng báûc thang âãưu. Våïi 1 phảm vi ca
giạ trë V
A
âỉåüc biãøu diãùn båíi 1 giạ trë âải
diãûn thêch håüp.
Chàóng hản giạ trë V
A
âỉåüc chuøn thnh
dảng báûc thang 7 báûc v åí mäùi báûc, ta gạn
cho V
A
mäüt giạ trë råìi rảc. Vê dủ khi V
A

biãún thiãn trong mäüt khong nh 3,5 →
4,5 ta gạn cho nọ mäüt giạ trë l 100.


k
= 1 (våïi k = 0 → k = n - 1) v âỉåüc gi l bit.
+ b
n-1
: bit cọ nghéa låïn nháút (MSB : Most significant bit). Mäùi biãún âäøi ca MSB
tỉång ỉïng våïi sỉû biãún âäøi nỉía di lm viãûc.
+ b
o
: bit cọ nghéa nh nháút (LSB : Least significant bit). Mäùi biãún ca LSB tỉång
ỉïng våïi sỉû biãún âäøi mäüt mỉïc lỉåüng tỉí. Mäüt mỉïc lỉåüng tỉí bàòng mäüt náúc ca hçnh báûc thang
Vê dủ : våïi mäüt mảch biãún âäøi N bit våïi l N säú hảng trong dy m nhë phán. (Trong
vê dủ trãn hçnh v 6.1 : N = 3) thç mäùi náúc trãn hçnh báûc thang chiãúm mäüt giạ trë.
111
110
101
100
011
010
001
000
1 2 3 4 5 6 7
V
A
V
D
Q

∆Q

Hçnh 6.1. Biãøu diãùn quạ trçnh chuøn

M
2 f
th max
2B
f
th max
: tỏửn sọỳ cổỷc õaỷi cuớa tờn hióỷu
B : daới tỏửn sọỳ cuớa tờn hióỷu.
6.2. Caùc tham sọỳ cồ baớn
6.2.1. Giaới bióỳn õọứi cuớa õióỷn aùp tổồng tổỷ ồớ õỏửu vaỡo laỡ khoaớng õióỷn aùp maỡ bọỹ chuyóứn õọứi
AD coù thóứ thổỷc hióỷn chuyóứn õọứi õổồỹc.
6.2.2. ọỹ chờnh xaùc cuớa bọỹ chuyóứn õọứi AD
gọửm õọỹ phỏn bióỷt, meùo phi tuyóỳn, sai sọỳ khuóỳch õaỷi, sai sọỳ lóỷch khọng vaỡ sai sọỳ õồn õióỷu.

111
110
101
100
011
010
001


+ Dổỷa vaỡo õổồỡng õỷc tuyóỳn truyóửn õaỷt lyù tổồớng vaỡ thổỷc cuớa ADC (hỗnh 6.2) ta thỏỳy :
- ỷc tuyóỳn lyù tổồớng laỡ mọỹt õổồỡng bỏỷc thang õóửu vaỡ coù õọỹ dọỳc trung bỗnh laỡ 1.
- ỷc tuyóỳn thổỷc laỡ mọỹt õổồỡng bỏỷc thang khọng õóửu do aớnh hổồớng cuớa sai sọỳ
khuóỳch õaỷi, cuớa meùo phi tuyóỳn, vaỡ cuớa sai sọỳ õồn õióỷu.
6.2.3. Tọỳc õọỹ chuyóứn õọứi
Cho bióỳt kóỳt quaớ chuyóứn õọứi trong 1s, õổồỹc goỹi laỡ tỏửn sọỳ chuyóứn õọứi f
c
.
Mọỹt ADC coù tọỳc õọỹ chuyóứn õọứi cao thỗ õọỹ chờnh xaùc giaớm vaỡ ngổồỹc laỷi. Nghộa laỡ yóu
cỏửu vóử õọỹ chờnh xaùc vaỡ tọỳc õọỹ chuyóứn õọứi mỏu thuỏựn vồùi nhau. Tuỡy theo yóu cỏửu sổớ
duỷng, phaới tỗm caùch dung hoỡa caùc yóu cỏửu õoù mọỹt caùch hồỹp lyù nhỏỳt.
6.3. Nguyón từc laỡm vióỷc cuớa ADC
Nguyón từc laỡm vióỷc cuớa ADC õổồỹc minh hoỹa theo sồ õọử : Hỗnh 6.3 ọử thở thồỡi gian cuớa õióỷn aùp vaỡo vaỡ ra maỷch lỏỳy mỏựu

Maỷch lỏỳy
mỏựu
ADC

+ Chuøn âäøi song song : Tên hiãûu tỉång tỉû âỉåüc so sạnh cng mäüt lục våïi nhiãưu giạ
trë chøn. Do âọ táút c cạc bit âỉåüc xạc âënh âäưng thåìi v âỉa âãún âáưu ra.
+ Chuøn âäøi näúi tiãúp theo m âãúm : Quạ trçnh so sạnh âỉåüc thỉûc hiãûn tỉìng bỉåïc
theo quy lût m âãúm. Kãút qu chuøn âäøi âỉåüc xạc âënh bàòng cạch âãúm säú lỉåüng giạ
trë chøn cọ thãø chỉïa âỉåüc trong giạ trë tên hiãûu tỉång tỉû
cáưn chuøn âäøi.
+ Chuøn âäøi song song- näúi tiãúp kãút håüp : Qua mäùi bỉåïc so sạnh cọ thãø xạc âënh
âỉåüc täúi thiãøu 2 bit âäưng thåìi.
6.4.1. Chuøn âäøi AD theo phỉång phạp song song 82

-
S
1

+
R
R
R
FF
FF
FF

MAẻ
HOẽA

Xung nhởp
U
D
+ V
chuỏứn

V
A-
S
2

+

< 6
6 < V
A
< 7
7 = V
A

0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0
1 1 0 0 0 0 0
1 1 1 0 0 0 0
1 1 1 1 0 0 0
1 1 1 1 1 0 0
1 1 1 1 1 1 0
1 1 1 1 1 1 1
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
ặu õióứm :
Tọỳc õọỹ bióỳn õọứi nhanh, sai sọỳ bióỳn õọứi thỏỳp vaỡ coù thóứ taỷo ra daỷng maợ theo yù muọỳn.
Nhổồỹc õióứm :
- Kóỳt cỏỳu maỷch phổùc taỷp vồùi sọỳ linh kióỷn khaù lồùn.
- Phổồng phaùp naỡy chố duỡng trong caùc ADC yóu cỏửu sọỳ bit N nhoớ vaỡ tọỳc õọỹ chuyóứn
õọứi cao.
6.4.2 Phổồng phaùp chuyóứn õọứi nọỳi tióỳp theo maợ nhở phỏn


0

2
2
2
1
2
0
TệNG 1 TệNG 2
TệNG 3
Hỗnh 6.5. Bọỹ chuyóứn õọứi AD nọỳi tióỳp theo maợ nhở phỏ
n84
Mäùi táưng bao gäưm mäüt bäü so sạnh, mäüt khọa âiãưu khiãøn v mäüt mảch trỉì.
Mäüt âáưu vo ca cạc bäü so sạnh l mỉïc âiãûn ạp ngỉåỵng. Mỉïc âiãûn ạp ngỉåỵng låïn nháút
l
2
V
maxA
åí táưng âáưu tiãn v tỉång âỉång våïi bit låïn nháút. Åí nhỉỵng táưng sau, âiãûn ạp
ngỉåỵng s l :
4
V
maxA
,
8
V

- V
ch1
). Kãút qu ca
phẹp trỉì s âỉåüc tiãúp tủc âỉa vo so sạnh åí táưng 2 våïi V
ch2
=
4
V
maxA
. Ngỉåüc lải nãúu V
A
<
V
ch1
thç khọa K s näúi tåïi mỉïc âiãûn thãú 0 v nhåì váûy ton bäü tên hiãûu V
A
s âỉåüc so sạnh
iãúp åí táưng sau.
Åí âáy mảch thỉûc hiãûn phỉång phạp biãún âäøi tưn tỉû nãn tiãún âäü biãún âäøi gim âng kãø
khi tàng säú táưng. Vç váûy åí phỉång phạp ny, ngỉåìi ta thỉåìng giåïi hản säú táưng l 4.
6.4.3 Chuøn âäøi AD näúi tiãúp dng vng häưi tiãúp
Khi âỉa xung kêch khåíi vo thç cäøng âỉåüc måí v bäü âãúm hoảt âäüng âãúm xung tỉì
ngưn dao âäüng. Näüi dung ca bäü âãúm s âỉåüc âỉa âãún bäü biãún âäøi AD (ADC âãø biãún âäøi
thnh âiãûn ạp häưi tiãúpV
ht
. V
ht
ln ln âỉåüc so sạnh våïi tên hiãûu vo V
A
. quạ trçnh biãún
âäøi s diãùn ra cho âãún khi tên hiãûu häưi tiãúp cán bàòng våïi tên hiãûu vo v lm âäøi trảng thại
bäü so sạnh. Bäü âãúm l bäü âãúm thûn nghëch. Mäùi khi V
A
< V
ht
thç s âãúm xúng. Vç váûy
khi kãút thục thåìi gian biãún âäøi thç tên hiãûu häưi tiãúp s ln ln dao âäüng xung quanh giạ
trë âiãûn ạp vo V
A
. tỉì bäü âãúm ngỉåìi ta láúy ra kãút qu ca phẹp biãún âäøi AD ny.
Váûy åí phỉång phạp ny thåìi gian biãún âäøi (T biãún âäøi) l mäüt âải lỉåüng thay âäøi v
phủ thüc vo trë säú ca tên hiãûu vo V
A
. thåìi gian biãún âäøi låïn nháút T
Biãún âäøi max
tỉång ỉïng
våïi V
A max
. nãúu bäü âãúm cọ N bêt, chu k ngưn dao âäüng l ∆t thç :

∆
t
∆
x
t
t
1
t
2
t
i
Hçnh 6.5. Âäư thë thåìi gian biãøu diãùn quạ trçnh AD

86
6.4.4 Chuyóứn õọứi AD theo phổồng phaùp õóỳm õồn giaớn

V
A
V
SS1
V
SS2
V

V
C
t

t

t

t

v
g
v
ch

C
R
R
2
R
1


vồùi mổùc 0 (õỏỳt). Sau õoù V
SS1
vaỡ V
SS2

õổồỹc õổa õóỳn maỷch AND.
Xung ra V
G
coù õọỹ rọỹng tyớ lóỷ vồùi õọỹ lồùn cuớa õióỷn aùp vaỡo V
A
vồùi giaớ thióỳt xung rng cổa
V
c
coù õọỹ dọỳc khọng õọứi.
Maỷch AND thổù hai chố cho ra caùc xung nhởp trong thồỡi gian tọửn taỷi xung V
G
nghộa laỡ
trong thồỡi gian maỡ 0 < V
A
< V
C
. maỷch õóỳm õỏửu ra seợ õóỳm sọỳ xung nhởp õoù. Sọỳ xung naỡy tyớ
lóỷ vồùi õọỹ lồùn cuớa V
A
. Bọỹ taỷo xung rng cổa thổỷc chỏỳt laỡ maỷch tờch phỏn.
Duỡng õióỷn aùp chuỏứn mọỹt chióửu V
ch
õóứ naỷp cho tuỷ õióỷn C qua õióỷn trồớ R.
Ta coù õióỷn aùp ra :
V

V
V
R
R
C
ch
'
C
1
1
= = | a | t
Giaớ sổớ taỷi t = t
m
thỗ V
C
V
A
, ta coù :V
A
=
ch
A
MM
C
ch
V
V

n
phaới lồùn, vaỡ V
ch
phaới ọứn õởnh 88
6.4.5 Chuyóứn õọứi AD theo phổồng phaùp tờch phỏn hai sổồỡn dọỳc

Goỹi :
t
1
: thồỡi gian õóỳm ổùng vồùi sọỳ xung laỡm bọỹ õóỳm
bở traỡn.
t
2
: thồỡi gian tờch õióỷn aùp chuỏứn V
ch

V
C

R
C
C
ỉ
NG
N
guọửn dao
õọỹng
Bọỹ õóỷm
Kóỳt qu
a
ớ
Flip Flop
t
raỡn
Maỷch
lo
g
ic
U
A
U
ch
+

+

_

_


89
chuyóứn khoùa K sang vở trờ 2 vaỡ maỷch tờch phỏn seợ tióỳp tuỷc tờch phỏn V
ch
nhổng vồùi chióửu
ngổồỹc laỷi vỗ V
ch
coù cổỷc tờnh ngổồỹc cổỷc tờnh V
A
. Khi tờn hióỷu ra cuớa bọỹ tờch phỏn V
C
giaớm
xuọỳng bũng 0 thỗ maỷch so saùnh seợ õoùng cọứng. Nọỹi dung ghi trong bọỹ õóỳm laỡ kóỳt quaớ bióỳn
õọứi. Noù tố lóỷ vồùi thồỡi gian tờch phỏn õióỷn aùp chuỏứn t
2
.
ióỷn aùp naỷp cho tuỷ C trong thồỡi gian t
1
nhồỡ maỷch tờch phỏn V
A
.
V
Ct1
=
C
A
R
V
t
1

1
=
C
ch
R
V
t
2

t
2
=
ch
A
V
V
.t
1

Sọỳ xung Z
o
õóỳm õổồỹc trong thồỡi gian t
1
:
Z
o
= t
1
.f
n

V
V
.
n
o
f
Z
.f
n
=
ch
A
V
V
.Z
o

Vỏỷy nọỹi dung trong bọỹ õóỳm tyớ lóỷ vồùi õióỷn aùp vaỡo V
A
cỏửn chuyóứn õọứi.
ặu õióứm : trong bióứu thổùc Z =
ch
A
V
V
.Z
o
khọng coù tham sọỳ R
C
cuớa maỷch vaỡ cuợng khọng


ỏy laỡ sổỷ kóỳt hồỹp phổồng phaùp song song vaỡ phổồng phaùp nọỳi tióỳp nhũm dung hoỡa ổu
khuyóỳt õióứm cuớa hai phổồng phaùp naỡy : giaớm bồùt õọỹ phổùc taỷp cuớa phổồng phaùp song song
vaỡ tng tọỳc õọỹ chuyóứn õọứi so vồùi phổồng phaùp nọỳi tióỳp.
Cuợng coù thóứ goỹi õỏy laỡ phổồng phaùp phỏn õoaỷn tổỡng nhoùm bit, vồùi sọỳ bit trong mọựi
nhoùm N 2.
Bọỹ chuyóứn õọứi ADC õỏửu tión laỡ bọỹ chuyóứn õọứi song song N
1
bit vồùi N
1
2. Trong
bổồùc so saùnh thổù nhỏỳt xaùc õởnh õổồỹc N
1
bit. Tổỡ B
1
B
N1
. óứ chuyóứn õọứi N bit, phaới
duỡng l tỏửng vồùi l =
1
N
N
. Mọựi tỏửng duỡng 2
N1
- 1 bọỹ so saùnh. Nhổ vỏỷy õóứ chuyóứn õọứi N bit
phaới duỡng : l (2
N1
- 1) =
1
N

Nhỏn
2
N1
B
N1
B
2
B
1

U
TệNG
THặẽ
HAI
U
TệNG THặẽ NHT
Hỗnh 6.10. Bọỹ chuyóứn õọứi AD theo phổồng phaùp song song nọỳi tióỳp kóỳt hồỹp

91
6.4.7 Chuyóứn õọứi AD phi tuyóỳn
Tổỡ bióứu thổùc sai sọỳ lổồỹng tổớ hoùa : V
Q
=
2
1
Q ta nhỏỷn thỏỳy : sai sọỳ tuyóỷt õọỳi cuớa mọỹt
chuyóứn õọứi AD khọng õọứi, coỡn sai sọỳ tổồng õọỳi cuớa noù tng lón khi bión õọỹ tờn hióỷu vaỡo
giaớm. Muọỳn cho sai sọỳ tổồng õọỳi khọng õọứi trong toaỡn daới bióỳn õọứi õióỷn aùp vaỡo thỗ
õổồỡngõỷc tờnh truyóửn õaỷt cuớa bọỹ bióỳn õọứi phaới coù daỷng loga sao cho tố sọỳ tờn hióỷu trón taỷp
ỏm thay õọứi trong daới bióỳn õọứi cuớa õióỷn aùp vaỡo.

V

ọỹ dọỳc y taỷi x = 0 y
| x = 0
=
)1(l
n
à+
à

6.5. Caùc phổồng phaùp chuyóứn õọứi sọỳ sang tổồng tổỷ (DAC)
Chuyóứn õọứi sọỳ tổồng tổỷ (DAC) laỡ quaù trỗnh tỗm laỷi tờn hióỷu tổồng tổỷ tổỡ N sọỳ haỷng (N
bit) õaợ bióỳt cuớa tờn hióỷu sọỳ vồùi õọỹ chờnh xaùc laỡ 1 mổùc lổồỹng tổớ tổùc 1LSB
V
D
V
A
Hỗnh 6.11. ỷc tờnh bióỳn õọứi phi
tuyóỳn cuớa ADC
V
D
V
A
Hỗnh 6.12. ỷc tờnh bióỳn õọứi phi
tuyóỳn cuớa DAC
y

x

y

i
, trong õoù : R
i
laỡ õióỷn trồớ mọựi mọỹt nhaùnh.
- Phổồng phaùp naỡy õoỡi hoới nhióửu õióỷn trồớ chờnh xaùc vồùi caùc trở sọỳ khaùc nhau vỗ vỏỷy
gỷp bỏỳt tióỷn khi thióỳt kóỳ vaỡ sổớ duỷng. óứ giaớm nhổồỹc õióứm naỡy ngổồỡi ta duỡng nhióửu
nguọửn õióỷn aùp chuỏứn tyớ lóỷ thỏỷp phỏn khaùc nhau nhổ hỗnh veợ C. tổỡ decarde vaỡy sang
decarde khaùc cỏửu õióỷn trồớ seợ cuỡng trở sọỳ. Tuy nhión õióỷn aùp chuỏứn seợ bióỳn õọứi gỏỳp
10 lỏửn.
Hỗnh veợ B : Sọỳ 723 maợ BCD
v
o
= -
2
2
ht
1
1
ht
v
R
R
v
R
R

v
o
= v
o1


V
A
Hỗnh 6.15. ọử thở thồỡi gian c
u
ớa tờn hióỷu sau maỷch chuyóứn õọứi DA

93

v
o1
= -
M
M
ch
1td
ht
10

.

MM
KKK
3
10
700
)400200100(
10
1
25
1
50
1
100
1
Rtd
1
=++=
++= Vch
1
1
1
1

94
6.5.2 Chuyóứn õọứi DA bũng phổồng phaùp õióỷn trồớ bỏỷc thang
2R
R R R
Vo
+
Vr
2R
2R 2R 2R 2R

+
Vch
50k
25k
12.5k
100k
100k
12.5k
25k
50k
100k
12.5k
25k
50k
+
Rht
Vo
Hỗnh 6.17. Duỡng nhióửu nguọửn V
ch

10Vch