BÖLÜM 11 SAYISAL-ANALOG (DAC) ANALOG-SAYISAL(ADC) DÖNÜŞTÜRÜCÜLER SAYISAL TASARIM. Bu bölümde aşağıdaki konular anlatılacaktır.

Transkript

1 SYISL TSIM BÖLÜM SYISLNLOG (DC NLOGSYISL(DC DÖNÜŞTÜÜCÜLE Bu bölümde aşağıdaki konular anlatılacaktır. Sayısal ve nalog sinyaller İşlemsel yükselteçler (Operatinal mplifieropmp Sayısalnalog Çeviriciler (D/ Converters İkilik ğırlıklı D/ çevirici Merdiven tipi D/ çevirici nalogsayısal Çeviriciler (/D Converters Paralel Karşılaştırıcı, Simultane (lash /D çeviriciler Tek rampalı veya tek eğimli (single slope /D çeviriciler Çift rampalı veya çift eğimli (dual slope /D çeviriciler 69

2 SYISL TSIM GİİŞ Günümüzde kullanılan bir çok fiziksel büyüklük analog formdadır. Sıcaklık, basınç, hız gibi büyüklükler anolog büyüklüklere örnek gösterilebilir. Bir analog büyüklüğün sayısal sitemler için anlaşılabilir olması için verilerin analog şekilden sayısal şekle dönüştürülmesi gerekir. Bu işlem için anlogsayısal çevirici (anlogtodigital converter kullanılmalıdır. ynı şekilde bir sayısal verinin analog büyüklüklere dönüştürülmesi için sayısalanalog çevirici (digitaltoanalog converter kullanılmalıdır. iziksel büyüklüklerin elektriksel büyüklüklere çevrilmesi dönüştürücüler (transducers yardımı ile olur. Çeviriciler (transducers, basınç, sıcaklık, pozisyon, analog gerilim veya akım gibi dönüştürdüğü fiziksel büyüklük ile adlandırılırlar. Örneğin termistör sıcaklık ölçümü için kullanılan en temel çeviricidir. Bir termistör aslında sıcaklık duyarlı bir dirençtir. Sıcaklık değişiminde direnci değişecektir. Böylece üzerinden akan akım ve gerilim değişeceğinden sıcaklık elektriksel büyüklüklere dönüştürülmüş. İŞLEMSEL YÜKSELTEÇLE (OPETİONL MPLIIE D/ çevirici veya /D çevirici konularına başlamadan önce bu iki devrede kullanılan bir elemanın tanınması gerekir. Bu eleman işlemsel yükselteç(operational amplifier veya kısaca opamp diye adlandırılır. Günümüzde işlemsel yükselteçler entegre devre yapısında üretilirler. Dışarıdan bağlanan birkaç eleman yardımı ile eviren yükselteç, evirmeyen yükselteç, toplayıcı devre, çıkarıcı devre, integral alıcı devre veya türev alıcı devre gibi geniş bir uygulama alnı vardır. Opamp eviren(inverting ve evirmeyen(noninverting adlı iki girişe sahip lineer bir yükselteçtir. Eviren giriş ( ile işaretlenirken, evirmeyen giriş ( ile işaretlenmiştir. Eviren girişe uygulanan işaret çıkışta 80 derecelik faz farkına uğrayacaktır. görülecektir. Evirmeyen girişe uygulana işaret çıkış işareti ile aynı fazda Opamp ın iki giriş ucundan başka iki adet besleme ve bir çıkış ucu vardır. Besleme gerilimi simetrik besleme kaynağından sağlanabileceği gibi, tek besleme kaynağıda kullanılabilir. Şekil. bir işlemsel yükselteç (opamp sembolünü göstermektedir. Eviren giriş Evirmeyen giriş Çıkış Şekil. İşlemsel yükselteç (opamp sembolü 70

3 SYISL TSIM Bir opamp özellikleri aşağıdaki gibidir; Çok yüksek giriş empedansına (ideal opamp için sonsuz kabul edilir sahiptir. Çıkış empedansı çok düşüktür (ideal opamp için 0 kabul edilir. Gerilim kazancı( çok yüksektir. Bant genişliği çok yüksektir. Evirmeyen giriş ile eviren giriş aynı potansiyeldedir... Eviren Yükselteç (Inverting mplifier Bir opamp yükseltec olarak kullanıldığı zaman gerilim kazancının doğru olarak belirlenebilmesi için negatif bir geri beslemenin olması gerekir. Şekil.2 bir opamplı eviren yükselteç devresini göstermektedir. I I IN 0 Şekil.2 Eviren yükselteç Devrede evirmeyen giriş toprağa bağlanmış, giriş işareti direnci ile evirmeyen girişe bağlanmıştır. Çıkış ile eviren giriş arasına bağlanan direnci geri beslemeyi sağlamaktadır. Opamp ın gerilim kazancı çok yüksek olduğundan toprağa bağlı olan evirmeyen giriş, eviren giriş potansiyelinin toprak potansiyelinde olmasına yol açar. Bu duruma görünür toprak (zahiri toprak adı verilir. Opamp ın iç direnci çok yüksek olduğundan iç devre üzerinden bir akım akmaz. Bu durumda giriş akımı geribesleme akımına eşit Eşitliği yazarsak; I = I IN 0 0 = = = IN IN = 7

4 SYISL TSIM Son eşitlikten görüldüğü gibi gerilim kazancı geribesleme direnci ile giriş direnci arasındaki orandır. İfadedeki işareti giriş gerilimi ile çıkış arasında 80 derece faz farkı olduğunu gösterir. Örnek: Şekildeki eviren yükselteç devresinde çıkış gerilimi ( ve gerilim kazancını hesaplayınız. 0K K Çözüm: Gerilim kazancı ise; = IN 0KΩ = KΩ = 0 v = 0KΩ = KΩ = 0..2 Evirmeyen Yükselteç (Noniverting mplifier Evirmeyen yükselteç devresinde, eviren giriş bağlanırken, giriş işareti evirmeyen girişe uygulanmıştır. direnci üzerinden toprağa 72

5 SYISL TSIM I I 0 IN Şekil.3 Evirmeyen yükselteç Opamp ın eviren uçu ile evirmeyen ucu arasındaki potansiyel fark 0 olduğundan direnci üzerinde giriş gerilimi görülecektir. Bu durumda giriş akımı ile geribesleme akımı birbirine eşittir(i =I. Bu durumda, I = I = = ( = Örnek: Şekildeki evirmeyen yükselteç devresinde çıkış gerilimi ( ve gerilim kazancını hesaplayınız. 500K 00K IN =2 73

6 SYISL TSIM Çözüm: Gerilim kazancı ise, = ( 500K = 2 ( 00K = 2 = ( 500K = ( 00K = 6..3 Toplam lma Yükselteç (Summing mplifier ynı zamanda eviren yükselteç olarak çalışan bu devre, analog sistemlerde kullanılan işlemsel yükselteç devrelerinin belki en yararlısıdır. Şekil.3 de her bir giriş gerilimini sabit bir kazanç faktörüyle çarpıp, sonra bunları toplayan iki girişli bir toplam alma yükselteç devresi gösterilmiştir. 2 I I 2 2 I 0 Şekil.4 Toprağa bağlı olan evirmeyen giriş, eviren giriş potansiyelinin toprak potansiyelinde olmasına yol açacağından, geribesleme akımı ve 2 dirençleri üzerinden akan akıma eşit Bu durumda, 74

7 SYISL TSIM I = I I 2 = 2 2 = ( 2 2 Örnek: Şekildeki evirmeyen yükselteç devresinde çıkış gerilimini ( hesaplayınız. =5 2 =3 500KΩ 2 500KΩ M Ω Çözüm: MÙ = (5 500KÙ = 4 = ( 2 2 MÙ (3 500KÙ.2 SYISLNLOG ÇEİİCİLE (D/ CONETES.2. İkilik ğırlıklı Direnç Sayısalnalog Çevirici En temel tür sayısalanalog çevirici ikilik ağırlıklı dirençlerin bir opamp girişlerine bağlanması ile elde edilmiş bir toplayıcı devresidir. Şekil.? dörtbitlik ikilik ağırlıklı sayısal analog çevirici devresini göstermektedir. Devrede sayısal veriler D 3, D 2, D ve D 0 anahtarlarının durumları ile belirlenir. D 3 anahtarı dört bitlik sayısal verinin en yüksek değerli bitini, D 0 ise en düşük değerlikli bitini göstermektedir. 75

8 SYISL TSIM D 3 D 2 D D Şekil.5 Dört bitlik ikilik ağırlıklı direnç D/ çevirici Devrenin çalışmasını inceleyelim; I. D 0 anahtarı kapalı iken, D 3 D 2 D D 0 I I I in Bu durumda sayısal veri D 3, D 2, D, D 0 = durumundadır. Opamp iç empedansı çok yüksek olduğundan içinden akım akmayacaktır (I in. Evirmeyen giriş toprağa bağlandığından, eviren giriş 0 ta tutulacaktır. Bu durumda çıkışa ait ifade I0 = I 0 0 ( = ( 8 = ( 8 76

9 SYISL TSIM II. D anahtarı kapalı iken, D 3 D 2 D D 0 I 4 8 I I in Bu durumda sayısal veri D 3, D 2, D =, D 0 durumundadır. Çıkışa ait ifade, I = I 0 0 ( = ( 4 = ( 4 III. D ve D 0 anahtarlarının ikisi birden kapalı iken, D 3 D 2 D D 0 I I I in I Bu durumda sayısal veri D 3, D 2, D =, D 0 = durumundadır. Çıkışa ait ifade, 77

10 SYISL TSIM I I ( ( = ( = I = ( 4 8 Dirençlerin değerleri giriş verisinin basamak ağırlıklarına göre seçilmiştir. Düşük değerlikli direnç ( yüksek değerlikli biti (2 3 gösteren D 3 anahtarına bağlanmıştır. Diğer dirençler, 4, 8 ise basamak ağırlılarına göre sırasıyla D 2, D ve D 0 anahtarlarına bağlanmıştır. Bu tip D/ çeviricilerin bir dezavantajı direnç değerleri aralığının ve sayısının farklı olmasıdır. Örneğin sekiz bitlik bir D/ çevirici için sekiz direnç kullanılmalı ve bu dirençlerin değerleri ile 28 arasında olmalıdır. Direncin, toleransları ve sıcaklığa bağlı olan değişimlerine bağlı olarak sonuç değişeceğinden, kararlılığı düşüktür. Şekil.? İkilik ağırlıklı D/ çeviricinin sayısal veriye ait çıkış gerilim değerlerini ve çıkış geriliminin şeklini göstermektedir. 5 D 3 D 2 D D 0 2,5K 25K 50K 00K (a 20K D 3 D 2 D D 0 out (

11 79 SYISL TSIM Sayısaleri (c Şekil.6 İkilik ağırlıklı D/ çevirici.2.2 / Merdiven Tipi Sayısalnalog Çevirici Bir diğer tip D/ çevirim metodu Şekil.7 de gösterilen dört bitlik / merdiven tipi D/ çeviricidir. Sadece iki direnç değeri kullanılarak ikilik ağırlıklı akımlar üretilir. Devreden akan ikilik ağırlıklı akımlar, opamp ve geri besleme direnci ( yardımı ile girişle orantılı çıkış gerilimine çevrilirler. Devre oldukça karışık görünmesine rağmen basit direnç oranlarından dolayı oldukça kolaydır. D 3 D 0 2 D 3 7 D 2 5 D Şekil.7 / Merdiven Tipi Sayısalnalog Çevirici

12 SYISL TSIM Başlangıçta en yüksek değerlikli bit anahtarı D 3 ün 5 luk referans gerilimine (D 3 =, diğer anahtarların ise toprağa bağlandığını (D 2, D, D 0 kabul edelim, giriş verisi (000 2 dir. Bu durumda ve 2 paralel olarak toprağa bağlı olur. değerindeki paralel bir direncin eşdeğer direnci 4 direncine seri değerinde bir direnç olur, bu iki seri direncin eşdeğeri ise 3 direncine paralel değerinde bir dirençtir. Bu iki direncin eşdeğer direnci 6 direncine seri ağırlığında Devrenin geri kalanında aynı tekniği kullanarak Şekil.8 a da gösterilen basitleştirilmiş devre elde edilir. Opamp ın evirmeyen girişi toprağa bağlıdır. Eşdeğer direnç üzerinden toprağa akım akmayacağından, eşdeğer direnç ihmal edilir. Bu durumda çıkış gerilimi; = ( 7 = 5 ( = 5 D 2 anahtarının 5 luk referans gerilimine (D 2 =, diğer anahtarlar ise toprağa bağlanırsa (D 3, D, D 0, bu durumda giriş verisi (000 2 olacaktır ve Şekil.8 b de gösterildiği gibi 5 direncinin solundaki bütün dirençler lik bir eşdeğer dirence indirgenecektir. Devrenin 8 direncinden itibaren Thevenin eşdeğeri bulunursa ; TH =2,5 ve 8 direncine seri TH = direncini elde ederiz. Eviren giriş toprağa bağlı olduğundan 7 direnci üzerinden akım akmayacaktır. Bu durumda çıkış gerilimi; = TH ( TH 8 = 2,5 ( = 2,5 D anahtarının 5 luk referans gerilimine (D =, diğer anahtarlar ise toprağa bağlanırsa (D 3, D 2, D 0, bu durumda giriş verisi (000 2 olacaktır ve Şekil.8 c de gösterildiği gibi 3 direncinin solundaki bütün dirençler lik bir eşdeğer dirence indirgenecektir. Devrenin 8 direncinden itibaren Thevenin eşdeğeri bulunursa; TH =,25 ve 8 direncine seri TH = direncini elde ederiz. Eviren giriş toprağa bağlı olduğundan 7 direnci üzerinden akım akmayacaktır. Bu durumda çıkış gerilimi; 80

13 SYISL TSIM = TH ( TH 8 =,25 ( =,25 D 0 anahtarı 5 luk referans gerilimine (D =, diğer anahtarlar ise toprağa bağlanırsa (D 3, D 2, D, bu durumda giriş verisi (000 2 Devrenin 8 direncinden itibaren Thevenin eşdeğeri bulunursa; TH,625 ve 8 direncine seri TH = direncini elde ederiz. Eviren giriş toprağa bağlı olduğundan 7 direnci üzerinden akım akmayacaktır. Bu durumda çıkış gerilimi; = TH ( TH 8 = 0,625 ( = 0,625 8

14 SYISL TSIM 5 D 3 = 5 I = 5 D 2 = D 2,D,D 0 anahtarları toprağa bağlı iken eşdeğer direnç 7 EŞ in a D 3 =, D 2, D, D 0 durumuna ait eşdeğer devre = 5 ( = 5 = ( 7 2,5 I = 5 EŞ 8 7 in TH 2,5 TH 8 I 7 in = TH ( TH 8 D 0 D D 3 b D 3, D 2 =, D, D 0 durumuna ait eşdeğer devre = 2,5 ( = 2,5 5 D = 3 6 EŞ D D 2 7 in D 3 TH,25 TH c D 3, D 2, D =, D 0 durumuna ait eşdeğer devre 8 I in 7,25 I = = TH =,25 ( TH 8 =,25 ( 5 D 0 = 0,625 I = in TH 0,625 TH 8 I in 7 = TH ( TH 8 D D 2 D 3 = 0,625 ( d D 3, D 2, D, D 0 = durumuna ait eşdeğer devre = 0,625 Şekil.8 / merdiven tipi D/ çeviricinin analizi 82

15 83 SYISL TSIM D 3 D 2 D D 0 ( , , , , , , , , , , , , , ,25 9, , Giriş erisi 0,625,250,875 2,500 3,25 3,750 4,375 5,000 5,625 6,250 6,875 7,500 8,25 8,750 9,375 Şekil.9 / Merdiven tipi D/ çevirici.2.3 Entegre Devre Sayısal nalog Çeviriciler Çok popüler ve ucuz bir entegre devre D/ çevirici MC408 veya eşdeğeri olan DC0808 dir. MC408 standart 6 bacaklı DIP paket olarak gelir ve 5 luk cc ile minimum 5, maximum 5 luk EE gerilimi gerektirir. MC408 de, bir / merdiven tipi D/ çevirici,akım yükseltecinden gelen referans akımını, 8 ikilik ağırlıklı akıma böler. Bipolar transistör anahtarlar ( 8, girişlerindeki ikilik bilgiye göre ikilik ağırlıklı akımları çıkış hattına bağlar. En yüksek değerlikli biti taşıyan girişin, en düşük değerlikli taşıyan girişin 8 ile gösterilmiştir. MSB ve LSB etiketlindirilmeleri normal etiketlendirilmenin tersinedir. Bu nedenle kullanılacak bir entegrenin veri sayfası dikkatle incelenmelidir. Şekil.0 MC408 in blok diyagramını, bacak bağlantısını ve tipik uygulamasını göstermektedir. MC408 in bir işlemsel yükselteç (opamp ve bir dirençle gerilime çevrilebilen akım çıkış vardır. Bu gerilim aşağıdaki formülden hesaplanabilir; ( = E Böyle bir devrede 8bitlik sayısal verilerin ( 8 durumuna bağlı olarak 00 arasında analog çıkış gerilimi elde edilebilir. Bu çeviriciye 0 tam ölçekli çeviricide denilir.

16 SYISL TSIM MSB LSB kım anahtarları I 0 (4 NC ref ( 4 5 ref ( / Merdiven Kutuplama kımı eferans akım yükselteci (2 GND ( MC EE (3 NPN akım kaynağı çifti (6 Kompanzasyon (a (b Sayısal veri girişi GND 5 3 CC MC408 EE I 270p Tipik Değerler ref 4 = 5 =5K =5K ref 74 5 Çıkış gerilimi; = ref ( ile 9,96 arasında olacaktır (c Şekil. MC408 D/ çevirici (a Blok diyagram (b Bacak bağlantı şeması (c Tipik uygulama 84

17 SYISL TSIM MC408 gibi kullanışlı ve ucuz D/ çeviriciler, özel ses ve dalga biçimleri üretmede sıklıkla kullanılırlar.şekil. D/ çeviriciye ait test devresini göstermektedir. Devrede, sekizbitlik bir sayıcının çıkışları D/ çeviricinin veri girişlerine bağlanmıştır, sayma işlemi ile birlikte D/ çevirici çıkışlarında 255 basamaktan oluşan bir testere dişi dalga şekli görülecektir. Çıkış frekansı, sayıcının tetikleme sinyal frekansının 256 ya bölünmesi ile bulunabilir. 5 0 KHz Q 3 Q 2 Q Q 0 Q 3 Q 2 Q GND 3 CC MC408 EE 3 4 =5K =5K 4 6 ref =5K basamak 0 0,ms OSİLOSKOP GİİŞLE Q p Şekil. D/ çevirci test devresi.2.4 D/ Çeviricilerin Performans Karakteristikleri D/ çeviricilerde kullanılan performans karakteristikleri çözünürlük (resulation, doğruluk (accuracy, lineerlik (linearity, monotonluk (monotonicity çıkış yerleşim zamanı (settling time olarak adlandırılmaktadır. D/ çeviricilerde çözünürlük (resulation giriş verisindeki bit sayısı ile belirlenir. Örneğin 4bitlik bir çevirici için çözünürlük, 2 4, 5 de parçadır. Yüzde olarak değeri ( 5 00 = %6, 67 Genel olarak çözünürlük n giriş verisindeki bir sayısını göstermek üzere 2 n eşitliğinden bulunur. Çözünürlük dönüştürülen bit sayısını anlatmaktadır. Doğruluk (accuracy, D/ çeviricilerde kullanılan bir diğer karakteristiktir. Doğruluk beklenilen çıkışla, geçek çıkışın karşılaştırılmasıdır. Tam skala veya maximum çıkış geriliminin yüzdesi olarak ifade edilir. Eğer bir karşılaştırıcının tam skala 0 ve doğruluğu % 0, ise herhangibir çıkış için oluşabilecek maximum hata (0 ( 0, 00, yani 0m İdeal olarak bir D/ çeviricinin doğruluğu, en düşük değerlikli bitinin 2 si kadar olamalıdır. Örneğin sekiz bitlik bir çeviricide en düşük değerlikli bit tam skalda 256 da parçadır,yani / 256 = 0, 0039, %0,39 olark gösterilebilir. Bu durumda doğruluk yaklaşık olarak % 0, 2 olmalıdır. 85

18 SYISL TSIM Lineerlik (linearity hataları geçek çıkışın ideal düz çizgi çıkışından ne miktarda ayrıldığıdır. Kayma hatası (ofset error diye adlandırılan özel bir durum, bütün girişler sıfır iken çıkışın sıfır olmadığı anlamına gelir. Bu hataya işlemsel yükselteç veya akım anaktarlarındaki sızıntı akımlar neden olabilir. Monotonluk (monotonicity, bir D/ çeviricinin bütün çevirme aralığı adımlaması sırasında adım kaçırmama veya geri adım atmama olarak tanımlanabilir. Çıkış yerleşim zamanı (settling time, giriş verisindeki herhangibir değişiklikten sonra çıkışın, son değerin / 2 en düşük değerli bitine (LSB yerleşinceye kadar geçen zaman olarak adlandırılır..3 NLOGSYISL ÇEİİCİLE (/D CONETES nalog formdaki bir büyüklüğün, sayısal sistemler için anlaşılabilir olması için sayısal forma dönüştürülmesi gerekmektedir. Bu işlemi yapan devrelere analogsayısal çevirici veya kısaca /D çevirici veya DC adı verilir. Bu işlem için bir çok yöntem kullanılmaktadır. Bu bölümde en çok kullanılan tipler anlatılacaktır..4. Paralel Karşılaştırıcı, Simultane (lash /D Çeviriciler nalog büyüklüklerin sayısal işaretlere dönüştürülmesinde kullanılan en kolay ve hızlı çevirici tipi Şekil.2 de gösterilen üç bitlik paralel karşılaştırıcı /D çeviricidir. E =4 in 3 2 Kodlayıcı (Encoder 3 2 D İkilik Çıkış D 0 Şekil.2 Paralel karşılaştırıcı /D çevirici 86

19 SYISL TSIM Devrede üç adet karşılaştırıcı, bir gerilim bölücü ve kodlayıcı (encoder kullanılmıştır. Devredeki karşılaştırıcılar bir referans gerilimle( E, analog giriş gerilimini ( in karşılaştırmak için kullanılır. eferans gerilimi tam ölçek yani maximum giriş gerilimidir. Karşılaştırıcının girişindeki gerilim, girişindeki referans geriliminden büyükse çıkış yüksektir.karşılaştırıcıların eşik gerilimleri bir gerilim bölücü ile ayarlanırken, analog giriş gerilimi ise karşılaştırıcıların girişine paralel olarak uygulanmıştır. Devrede, uygulanan analog giriş geriliminin büyüklüğüne bağlı olarak ilgili karşılaştırıcıların çıkışları yükseğe çekilecektir.eğer giriş gerilimi tan küçükse hiçbir karşılaştırıcı çıkışı yüksek olmaz. Giriş gerilimi 2 arasındaki bir değerde ise sadece en düşük eşik gerilimine sahip karşılaştırıcı çıkışı yükseğe çekilecek ve bu durumda kodlayıcı çıkışlarında görülen ikilik ifade D, D 2 = Giriş gerilimi 23 arasında ise. ve 2. karşılaştırıcı çıkışları yükseğe çekilecek ve çıkışta görülecek ikilik bilgi D =, D 0 3 un üzerindeki bir gerilim bütün karşılaştırıcı çıkışlarını yükseğe çekecek ve kodlayıcı çıkışlarında görülen ikilik ifade D =, D 0 = şağıda Tablo. Giriş gerilimlerine bağlı olarak çıkışları göstermektedir. nalog giriş Encoder girişler İkilik giriş in 3 2 D D 0 0 olt olt olt olt Tablo. Genel olarak bu devrelerde kullanılacak karşılaştırıcı sayısı, n bitlik binary kod için 2 n dir. Örneğin üç bitlik ikilik (binary kod için kullanılacak karşılaştırıcı sayısı 2 3 =7, dört bitlik ikilik (binary kod için kullanılacak karşılaştırıcı sayısı 2 4 =5 olmalıdır. Bu fazla sayıdaki karşılaştırıcı sayısı paralel karşılaştırıcılı /D çeviricilerin en büyük dezavantajıdır. Bu tip karşılaştırıcıların en önemli avantajı hızı karakteristiğidir. Giriş gerilimine bağlı olarak üretilen sayısal çıkış, devredeki elemanların yayılım gecikmesi (propagation delay süresi sonrasında hazırıdır. Bu nedenle bu tip /D çeviricilerin tanımlanması için flaş ismi kullanılmaktadır. 87

20 SYISL TSIM E =8 KΩ 7 in KΩ 6 KΩ Öncelikli Kodlayıcı (Priority Encoder 5 KΩ I 7 I KΩ 3 KΩ 2 KΩ KΩ I 5 I 4 I 3 I 2 I I 0 EN Örnekleme Sinyali 2 0 İkilik (Binary Çıkışlar Şekil.3 Üç bitlik paralel karşılaştırıcılı /D çevirici Şekil.3 Üç bitlik paralel karşılaştırıcılı /D çevirici devresinin göstermektedir. Devrede yedi adet karşılaştırıcı,gerilim bölücü ve 7448 Decimal/Binary öncelikli kodlayıcı (priority encoder kullanılmıştır. Örnekleme sinyali, lojik0 da aktif olan yetkilendirme girişine bağlanarak giriş geriliminin farklı zamanlarda örneklenerek sayısal karşılığının bulunması sağlanmıştır..3.2 Tek ampalı veya Tek Eğimli (Single Slope /D Çeviriciler /D çevirimde kullanılan bir diğer yöntem lineer rampa kaynağı, karşılaştırıcı ve sayıcılardan oluşmuş tek rampalı veyatek eğimli /D çeviricilerdir. Lineer rampa kaynağı, değişmeyen eğimli bir referans voltajının sağlanması için kullanılır. Şekil.4 tek rampalı veya tek eğimli /D çevirici devresini göstermektedir. 88

21 SYISL TSIM nalog Giriş TetiklemeSinyali (CP t ampa kaynağı eset Zamanlama ve kontrol eset CP BCD veya Binary Sayıcı Yetkilendirme EN Mandallar (Latches Kod çözücü/sürücü Şekil.4 Tek rampalı veya tek eğimli /D çevirici Çevirimin başlangıcında sayıcı reset, rampa kaynağı çıkışı 0 yapılır. Karşılaştırıcının girişine uygulanan analog giriş gerilimi, girişinden büyük olduğundan çıkış yükseğe çekilecektir. Bu durumda rampa kaynağı tarafından rampa üretilmeye başlanacak, E kapısının çıkışında tetikleme sinyali görüleceğinden sayıcı sayma işlemine başlayacaktır. Bu işlem rampa kaynağı tarafında üretilen rampa geriliminin, analog giriş geriliminden büyük olmasına kadar devam edecektir. Böylece karşılaştırıcı çıkış alçağa çekilecek, E kapısının çıkışı lojik0 olacak ve tetikleme sinyali gitmeyen sayıcı sayma işlemini bitirecektir. Kontrol devresi tarafından yetkilenen mandallar sayıcı verilerini saklayacaktır..3.3 Çift ampalı veya Çift Eğimli (Dual Slope /D Çeviriciler Şekil.5 çift eğimli (dualslope /D çeviricinin blok diyagramını göstermektedir. Devre giriş referans gerilimini seçen bir anahtar ve karşılaştırıcı girişlerindeki ters bağlantı dışında tek eğimli (singleslope devreye çok benzemektedir. 89

22 SYISL TSIM nalog giriş ( in C TetiklemeSinyali (CP E İntegral alıcı (rampa kaynağı eset CP BCD veya Binary Sayıcı Kontrol devresi EN Mandallar (Latches Binary veya BCD çıkışlar Şekil.5 Çift eğimli (dualslope /D çevirici Devrede rampa kaynağı olarak bir integral alıcı devre kullanılmıştır. İşlemsel kuvvetlendiricinin eviren girişi, evirmeyen giriş tarafından varsayılan toprakta tutulur. Giriş ucuna uygulanan bir gerilim, direnç üzerinden sabit bir akım akmasını sağlayacaktır. Bu akım yüksek empedansa sahip işlemsel yükselteç içinden akamayacağından, kondansatör sabit bir akımla şarj Sabit akım ile şarj edilen kondansatörün uçlarındaki gerilim bir lineer rampadır. Başlangıçta sayıcının silme(reset, karşılaştırıcı çıkışının 0 olduğunu kabul edelim. Giriş anahtarı analog giriş gerilimine bağlandığında (Şekil.6 a, integral alıcı devrenin girişlerindeki pozitif gerilim, çıkışlarındaki gerilimin bir negatif rampa olmasına sebep Karşılaştırıcının girişindeki negatif gerilim, çıkışın pozitif olmasını sağlar, E kapısının çıkışında tetikleme sinyali görülmesini sağlar. Sayıcı sayma işlemine başlar. Sayıcının bir miktar sayma işlemini gerçekleştirmesi için integral alıcı devre tarafından negatif rampa üretilir. Sayıcı bu sabit miktara ulaşınca kontrol devresi sayıcıları sıfırlar ve giriş anahtarının negatif referans gerilimine çevirerek, bu geriliminin integral alıcı devrenin girişine uygulanmasını sağlar (Şekil.6 b. Girişteki bu negatif gerilim integral alıcı devrenin çıkışında pozitif bir rampa görülmesini sağlar. Karşılaştırıcı çıkışı yükseğe çekileceğinden sayıcı tekrar sayma işlemine başlatacaktır. İntegral alıcı devrenin 0 un hemen üzerine ulaştığı anda karşılaştırıcı çıkış alçağa çekilecek, kontrol devresi tarafından bu geçiş algılanarak, sayıcı çıkışlarının mandallara yüklenmesini sağlayacaktır(şekil.6 c. Mandallarda saklanan sayım miktarı giriş gerilimi ile orantılıdır. t 2 = in Çift eğimli (dualslope /D çeviricilerin avantajları, doğruluğu, devre elemanlarında sıcaklıktan oluşan değişimlerden etkilenmemesi, alçak maliyetidir. Dezavantajları ise hızlarının yavaş oluşudur. t ref 90

23 SYISL TSIM in I C CP E t Lojik eset CP BCD veya Binary Sayıcı Kontrol devresi EN Mandallar (Latches (a Sabit zaman aralığı, negatif rampa (sayıcı belirlenen süre boyunca sayma işlemini gerçekleştirecektir Binary veya BCD çıkışlar in C CP E Lojik eset CP BCD veya Binary Sayıcı Kontrol devresi EN Mandallar (Latches (b Sayıcının sayma işlemini bitirmesi ile kontrol devresi S anahtarının konum değiştirmesini sağlar Binary veya BCD çıkışlar in I C CP E t eset CP BCD veya Binary Sayıcı Kontrol devresi EN Mandallar (Latches Binary veya BCD çıkışlar (c İntegral alıcı devre çıkışı pozitif rampa, sayıcı tekrar sayma işlemine başlayacak. ampa 0 olduğu anda sayıcı duracak ve bilgi mandallara yüklenecektir Şekil.6 9