Detail předmětu

Vzájemný převod A/D signálů

FEKT-MPC-ADPAk. rok: 2023/2024

Přesné předzpracování analogového signálu, paralelní převodníky se spínanými odporovými sítěmi a se spínanými proudovými zdroji, paralelní a sériové převodníky D/A, nepřímé převodníky D/A, převodníky s cyklickou záměnou odporů, komparační převodníky A/D, kompenzační převodníky A/D, integrační převodníky A/D, sigma-delta převodníky, převodníky U/f.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Vstupní znalosti

Jsou požadovány základní znalosti analogových a digitálních obvodů. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Ve cvičeních může student získat až 20 bodů. Vlastní zkouška je písemná a student za ni může získat až 80 bodů. Zkouška je zaměřena na orientaci v návrhu jednodušších řešení obvodů pro A/D a D/A převodníky a na schopnost analyzovat složitější integrované struktury A/D či D/A převodníků.
Experimentální cvičení jsou povinná. Řádně omluvená zmeškaná cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit v jiném termínu, obvykle v zápočtovém týdnu.

Učební cíle

Pochopit základními principy analogově digitálních a digitálně analogových převodníků, seznámit se s řešením a vlastnostmi integrovaných převodníků a s možnostmi jejich aplikací. Orientovat se v přesných obvodech pro předzpracování signálu jako např. elektronicky přepínatelné zesilovače, analogové multiplexery a demultiplexery signálů, antialiasingové filtry, vzorkovače s pamětí.
Absolvent předmětu bude schopen:
- orientovat se ve výběru analogových obvodů pro přesné předzpracování signálů jako jsou elektronicky přepínatelné zesilovače, analogové multiplexery či demultiplexery
- bude seznámen s filtračními obvody určenými pro spolupráci s A/D a D/A převodníky
- bude umět navrhnout a aplikovat vzorkovače s pamětí
- bude rozumět parametrům A/D převodníků a bude schopen navrhnout řešení s různými typy A/D převodníků
- bude rozumět parametrům D/A převodníků a bude je schopen s nimi navrhnout řešení či analyzovat jejich vlastnosti
- seznámí se s řešením dalších typů převodníků jako např. převodníky U/F

Základní literatura

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)

Doporučená literatura

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

Elearning

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-TIT magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-EKT magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-EEN magisterský navazující 2 ročník, letní semestr, povinně volitelný

  • Program MPC-AUD magisterský navazující

    specializace AUDM-TECH , 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný
    specializace AUDM-ZVUK , 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

- 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.

 

Laboratorní cvičení

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Vzorkovací zesilovač

Analogově číslicový převodník

Číslicově analogový převodník

Rozdílový multiplexer

Externí PC osciloskop ETC M525

Externí PC generátor libovolných průběhů ETC M631

Měření vlastností A/D převodníků ve zvukových kartách

Měření vlastností D/A převodníků ve zvukových kartách

A/D a D/A karty pro PC

Integrované A/D a D/A převodníky

Integrační A/D převodníky

Počítačová simulace A/D a D/A převodníků

 

Elearning