아주대 논리회로실험 예비9-D/A & A/D Converter

소개

실험 9. D/A & A/D Converter
(DAC & ADC)

1. 목 적
D/A와 A/D 변환기(converters) 회로의 구성과 동작 원리에 대해 이해한다.

2. 예비 보고서
(1) D/A converter
1) 식 (1), (2)를 유도하시오.
< 그림 1. Weighted resisror > < 그림 2. Ladder type resistor >
< 그림 3. n비트 D/A 변환기의 간단한 회로 >
위 회로는 2진수로 가중된 저항형 사다리 회로망을 이용한 n비트 D/A변환기 회로이다. 이 회로는 기준 전압 VR과 n개의 2진수로 가중된 저항기들 R, 2R, 4R, 8R, ,,, , 2n-1R, n개의 단극 상투 스위치 S1, S2, ,,, , Sn, 그리고 귀한 저항 Rf=R/2가 연결된 하나의 연산 증폭기로 구성된다. 이 스위치들은 다음과 같은 n비트의 디지털 입력 단어 D에 의해서 제어되는데 이 비트 계수들은 1아니면 0값을 갖는다. 이 D=가 된다. 각각의 스위치는 단순히 그 스위치에 해당하는 비트가 1일 때에는 그 비트에 해당하는 전류를 가상 접지로 흐르도록 제어하고, 그 스위치에 해당하는 비트가 1일 때에는 그 비트에 해당하는 전류를 가상 접지로 흐르도록 제어한다. 따라서 이 연상 증폭기의 가상 접지로 흘러들어가는 총 전류 io는 = = 이 되므로, 따라서 출력 전압 가 된다.

< 그림 4. R-2R 사다리 회로망을 이용한 D/A 변환기 >

이 R-2R 사다리 회로망의 동작 원리는 우선 회로의 오른쪽으로부터 출발하여 왼쪽으로 진행하면서 회로 해석을 행하면, 각각의 사다리 마디에서 오른쪽으로 바라다본 저항 값이 2R이라는 것을 알 수 있다. 따라서 각각의 마디에서 오른쪽으로 흐르는 전류는 접지를 향해 아래쪽으로 흐르는 전류와 같게 되고, 이 전류의 두 배에 해당하는 전류가 왼쪽으로부터 그 마디로 흘러 들어올 것이다. 즉 가 된다. 이 역시 스위치들에 의해서 제어되는 전류들이 2진수로 가중되므로 그 결과 출력 전류 io는 가 된다. 따라서 출력 전압 가 된다.

목차

1. 목 적
2. 예비 보고서
(1) D/A converter
(2) A/D converter

본문내용

5) Resolution, accuracy, linearity, quantizing error, conversion time에 대해 알아보고 이론 값을 계산하시오.
A/D Converter의 Resolution는 D/A Converter과 같다. 즉, 전압 범위를 0에서부터 +10V까지의 범위의 값들을 갖는 어떤 아날로그 신호에 대해 분해능(resolution)을 구해보면, 이 신호를 4비트 디지털 신호로 변환한다면, 4비트의 2진수가 0에서부터 15까지 즉, 16가지의 서로 다른 값을 나타낼 수 있으므로, 이 변환의 분해능(resolution)은 10V/15=2/3V가 된다. 따라서 0V의 아날로그 신호는 0000의 디지털 신호로 변환될 것이고, 2/3V는 0001로, 6V는 1001로, 그리고 10V는 1111로 각각 표현될 것이다. accuracy(정밀도)와 linearity(직선성)을 알아보기 위해서는 회로와 몇가지 조건이 주어져야 계산하여 구할 수 있다.
quantizing Error(양자성 오류)는 이상적인 ADC에서도 발생한다. 이는 아날로그입력 신호의 디지털화와 관련된 오류이다. 1/2LSB에서 첫 번째 코드 변환이 될 때 까지는 그 값이 0으로 나타난다. 이 Error는 잡음성형 기법을 사용하여 최소화 시킬 수 있다. 이 기법은 잡음을 줄이거나 제거할 수 없지만 저주파수에서 보다 높은 주파수로 잡음을 밀어냄으로서 억제시킬 수 있다. quantizing Error뿐만 아니라 Offset Error and Gain Error, Differntial Nonlinearity Error, Integral Nonlinearity Error, Aperture Error등이 나타날 수 있다.
Ramp A/D Converter의 변환 시간(Conversion time)는 일정한 시간 동안 아날로그 입력 신호를 적분하므로 입력 신호의 잡음에 대하여도 안정된 변환 특성을 가지지만 2번의 적분시간 때문에 변환 시간이 늦은 것이 단점이다.

참고자료

· 없음