Course detail

A/D and D/A Converters

FEKT-MKC-ADPAcad. year: 2024/2025

Preprocessing of analog signal, parallel converters with switched resistor networks and switched current sources, parallel and serial D/A converters, indirect D/A converters, converters with cyclic resistor interchange, comparative A/D converters, compensating A/D converters, integrating A/D converters, sigma - delta converters, U/f converters.

Language of instruction

Czech

Number of ECTS credits

6

Mode of study

Not applicable.

Guarantor

prof. Ing. Kamil Vrba, CSc.

Department

Department of Telecommunications (UTKO)

Entry knowledge

The basic knowledge of analog and digital circuits is required.

Rules for evaluation and completion of the course

In exercises, students can obtain up to 20 points. The examination proper is a written examination and students can gain for it up to 80 points. The examination focuses on the ability to orient oneself in the design of simple circuits for A/D and D/A converters and the ability to analyse complex integrated structures of A/D and D/A converters.
Computer exercises are obligatory. Justified absence from computer exercises can be made up after prior arrangement with the instructor, usually in the credit week.

Aims

D/A and D/A converters, the properties of integrated converters and their possible applications. They should be able to orient themselves in signal pre-processing circuits such as precise switched amplifiers, anti-aliasing filters, and sampling circuits with memory.
On completing the course, students will be able to:
- orient themselves in the selection of circuits for signal preprocessing such as electronic switched circuits, analog multiplexers or demultiplexers,
- be familiar with filtering circuits designed for cooperation with A/D and D/A converters,
- be able to design and apply sampling circuits with memory,
- understand the parameters of A/D converters and be able to design solutions to various types of A/D converters,
- understand the parameters of D/A converters and be able to design them and analyse, and
become familiar with solutions also to other types of converters such as U/F converters.

Study aids

Not applicable.

Prerequisites and corequisites

Not applicable.

Basic literature

HÁZE, J. a kol. Teorie vzájemného převodu analogových a číslicových signálů. Učební text. Brno: VUT v Brně 2010. (CS)
VRBA, Kamil. Vzájemný převod A/D a D/A signálů - část 1. Elektronický učební text. Brno: VUT v Brně 2017 (CS)

Recommended reading

ANALOG DEVICES: Data Converter - Reference Manual. Norwood: Analog Devices 2015 (CS)
TIEZE, Ulrich a SCHENK, Christoph. Electronic Circuits. Design and Applications. Heidelberg: Springer 1999 (CS)
VRBA, Kamil a KUBÁNEK, David. A/D a D/A převodníky pro integrovanou výuku VUT a VŠB-TUO, Brno: VUT v Brně 2015 (CS)

Classification of course in study plans

  • Programme MPC-EKT Master's 1 year of study, summer semester, compulsory-optional
  • Programme MPC-TIT Master's 1 year of study, summer semester, compulsory-optional

Type of course unit

 

Lecture

26 hod., optionally

Teacher / Lecturer

prof. Ing. Kamil Vrba, CSc.

Syllabus

Obvody pro přesné předzpracování: zesilovače s elektronicky přepínaným zesílením, diferenční a přístrojové zesilovače s přepínatelným zesílením, přesné analogové multiplexery a demultiplexery.

Filtrační obvody pro A/D a D/A převodníky (antialiasingové filtry, přeladitelné filtry se spínanými kapacitory, ss. přesné filtry pro nepřímé převodníky D/A).

Vzorkovače s pamětí: parametry vzorkovačů, základní principy řešení vzorkovačů: vzorkovače s pamětí bez zpětné vazby a se zpětnou vazbou, aplikační doporučení pro vzorkovače.

Parametry převodníků D/A: rozsah převodníku, rozlišovací schopnost, přesnost, chyby nastavení nuly a převodní strmosti, diferenční a integrální nelinearita, monotonost, hysterese, přechodové špičky, průnik signálu, harmonické zkreslení, odstup signál/šum, doba přepnutí a ustálení.

Stavební bloky pro převodníky D/A: diodový spínač napětí a proudu, bipolární tranzistor jako spínač napětí a proudu, spínače s unipolárními tranzistory.

Převodníky D/A: paralelní D/A převodníky (se zdroji napětí a proudů), převodníky s funkčním průběhem, sériové D/A převodníky, nepřímé D/A převodníky.

Parametry převodníků A/D: základní parametry – vstupní rozsah, kvantovací chyba, rozlišení, rychlost převodu, doba převodu, doba neurčitosti převodu, aperturová chyba; ss přesnost – chyba ss posuvu, chyba celkového rozsahu, diferenciální a integrální nelinearita; dynamické vlastnosti – odstup signál/šum, harmonické zkreslení, dynamický rozsah bez rušení, signál vztažený vůči šumu a zkreslení.

Převodníky A/D: Komparační převodníky, s postupnou komparací, kompenzační, sledovací, s postupnou aproximací, převodník A/D s mezipřevodem na kmitočet a na časový interval (dvojsklonná a trojsklonná integrace),

Sigma - delta převodníky A/D: modulátor delta, princip sigma – delta převodu, požadavky na antialiasingový filtr, kvantovací šum při sigma–delta převodu a jeho potlačení převzorkováním, modulátor 2. a 3. řádu, struktura MASH, decimátor

Převodníky U/F: převodník s ref. zdrojem a MKO, převodníky řízené krystalem a způsoby potlačení fázového šumu, převodníky U/F bez referenčního zdroje.

 

Laboratory exercise

39 hod., compulsory

Teacher / Lecturer

prof. Ing. Kamil Vrba, CSc.

Syllabus

Sample-and-hold amplifier

Analog-to-digital converter

Digital-to-analog converter

Differential multiplexer

External PC oscilloscope ETC M525

External PC arbitrary waveform generator ETC M631

Measuring the properties of A/D converters in sound cards

Measuring the properties of D/A converters in sound cards

A/D and D/A cards for PC

Integrated A/D and D/A converters

Integrating A/D converters

Computer simulation of A/D and D/A converters