Detail předmětu

Teorie vzájemného převodu analogového a číslicového signálu

FEKT-MTVPAk. rok: 2019/2020

Struktura řetězce pro digitální zpracování analogových signálů a rekonstrukci digitalizovaného signálu, používané kódy. Zesilovače s programovatelným zesílením, analogové multiplexery, vstupní a výstupní filtry. Vzorkovače s analogovou pamětí. D/A převodníky, ss a dynamické parametry, typy, struktura na čipu, aplikace. A/D převodníky, parametry, typy, struktura na čipu, aplikace. Autokalibrace a automatické nulování v převodnících. Testování a testovatelnost D/A a A/D převodníků. Převodníky U/f, převodníky f/U.

Jednotlivé laboratorní úlohy vedou k vytvoření kompletního katalogového listu neznámého převodníku A/D. K tomuto účelu je věnováno 5 cvičení.
Tématicky jsou cvičení zaměřena na:
1. měření spotřeby v závislosti na pracovním režimu převodníku (kmitočet hodinového signálu, napájecí napětí, režim funkce)
2. měření statických parametrů převodníku - INL, DNL, chyba offsetu, rozsahu (Full Scale Error), Gain Error a vliv teploty
3. měření vlivu vnějších faktorů na statické parametry převodníku - vliv napájecího napětí, frekvence hodin, střída hodinového signálu a vliv teploty
4. vyhodnocení dynamických parametrů převodníku - SNDR, ENOB, THD, SFDR
5. vyhodnocení vlivu přeslechů při využití více kanálů, velikost přeslechu v závislosti na napájecím napětí, kmitočtu a vliv teploty

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Jiří Háze, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- definovat jednotlivé bloky řetězce převodu AD a DA signálu,
- definovat a vysvětlit základní parametry převodníků AD a DA,
- popsat statickou převodní charakteristiku převodníků AD a DA a vyznačit na ni některé ze statických parametrů převodníků,
- popsat funkci základních bloků převodníků AD a DA (vzorkovače, filtry, reference a další), stejně jako tyto části navrhnout,
- popsat a vysvětlit funkci jednotlivých struktur převodníků AD a DA, stejně jako na základě zadaných parametrů vybrat a navrhnout nejvhodnější strukturu pro danou aplikaci.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia zejména z oblasti návrhu analogových a digitálních obvodů a dále pak znalosti z oblasti analýzy a zpracování signálů.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášku a laboratorní cvičení.

Způsob a kritéria hodnocení

- maximálně 40 bodů za protokoly z laboratorních cvičení,
- maximálně 60 bodů za semestrální zkoušku, které je rozdělena na písemnou (45 bodů) a ústní část (15 bodů).

Osnovy výuky

Přednášky:
1 ZÁKLADNÍ POJMY PŘEVODNÍKŮ AD A DA
2 PŘEDZPRACOVÁNÍ SIGNÁLU
3 FILTRAČNÍ OBVODY
4 VZORKOVACÍ OBVODY
5 REFERENČNÍ ZDROJE
6 PŘEVODNÍKY DA
7 PŘEVODNÍKY AD
8 PŘEVODNÍKY SIGMA-DELTA
9 JINÉ TYPY PŘEVODNÍKŮ
10 TESTOVÁNÍ PŘEVODNÍKŮ
11 NOVÉ TRENDY V PŘEVODNÍCÍCH AD A DA

Cvičení:
Jednotlivé laboratorní úlohy vedou k vytvoření kompletního katalogového listu neznámého převodníku A/D. K tomuto účelu je věnováno 5 cvičení.
Tématicky jsou cvičení zaměřena na:
1. měření spotřeby v závislosti na pracovním režimu převodníku (kmitočet hodinového signálu, napájecí napětí, režim funkce)
2. měření statických parametrů převodníku - INL, DNL, chyba offsetu, rozsahu (Full Scale Error), Gain Error a vliv teploty
3. měření vlivu vnějších faktorů na statické parametry převodníku - vliv napájecího napětí, frekvence hodin, střída hodinového signálu a vliv teploty
4. vyhodnocení dynamických parametrů převodníku - SNDR, ENOB, THD, SFDR
5. vyhodnocení vlivu přeslechů při využití více kanálů, velikost přeslechu v závislosti na napájecím napětí, kmitočtu a vliv teploty

Učební cíle

Seznámit se základními principy analogově digitálních a digitálně analogových převodníků, s parametry integrovaných převodníků AD a DA a s možnostmi jejich aplikací.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Laboratorní cvičení jsou povinná. Řádně omluvená absence na cvičení může být nahrazena po domluvě s vyučujícím.

Základní literatura

Háze, J. a kol..: Teorie vzájemného převodu analogových a číslicových signálů. Učební text, Brno 2010. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-M1 magisterský navazující

    obor M1-MEL , 2 ročník, zimní semestr, volitelný oborový

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jiří Háze, Ph.D.

Osnova

Zařazení převodníků v systémech sběru dat řízení. Elektronické spínače a přepínače, přesné zesilovače s programovatelným zesílením.
Vzorkování signálu, vzorkovače a sledovače signálu s analogovou pamětí.
Základní statické a dynamické parametry vzájemné přeměny analogového a číslicového signálu, přesnost, rozlišení.
Zdroje referenčního napětí a proudu. Používané kódy pro A/D a D/A převodníky.
Digitálně analogové převodníky. Základní struktura. Paralelní převodníky s váhováním proudů, převodníky se zaručeně monotónní převodní charakteristikou.
Integrační převodníky, nepřímé převodníky, sériové převodníky, převodníky s autokalibrací, D/A převodníky s převzorkováním a tvarováním šumu, řešení na čipu, aplikace integrovaných D/A převodníků.
Analogově digitální převodníky, základní struktura, jednostupňové a vícestupňové komparační převodníky, kompenzační, integrační převodníky.
A/D převodníky sigma-delta, A/D převodníky se spínanými proudy, jiné druhy převodníků. Autokalibrace a automatické nulování v A/D převodnících.
Převodníky napětí na kmitočet, převodníky s principem funkčního generátoru, převodníky s vyvažováním náboje, zlepšení dynamických vlastností, potlačení fázového šumu, přesnost.
Převodníky kmitočtu na napětí, převodníky s využitím čítačů a D/A převodníků, integrační převodníky, přesnost. Analogově digitální rozhraní systémů pro sběr dat, spolupráce D/A a A/D převodníků s digitálními procesory, zásuvné analogové vstupní a výstupní jednotky počítačů PC.
Potlačení interferencí parazitních zdrojů na systémy A/D a D/A rozhraní. Digitální metody zvyšující přesnost A/D a D/A převodu.
Konstrukční zásady pro aplikaci D/A a A/D převodníků. Testování převodníků.
Nové trendy v převodnících A/D a D/A.

Cvičení odborného základu

8 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jiří Háze, Ph.D.

Osnova

Filtrace, vzorkování, aliasing
Převodník D/A s PWM
Převodník D/A s rezistorovou sítí R-2R
Převodník A/D typu sigma delta
Vlastnosti převodníků D/A a A/D

Laboratorní cvičení

31 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Michal Pavlík, Ph.D.

Osnova

Filtrace, vzorkování, aliasing
Převodník D/A s PWM
Převodník D/A s rezistorovou sítí R-2R
Převodník A/D typu sigma delta
Vlastnosti převodníků D/A a A/D