Convertoare

Semnalele analogice sunt usor de exprimat analitic, usor de masurat, dar sunt sensibile la imperfectiunile cailor de transmisie si ale echipamentelor de prelucrare, ceea ce conduce la pierdere de precizie. Spre deosebire de acestea exista semnale numerice care sunt mai putin sensibile la erorile de transmisie. Din aceste motive, semnalele numerice sunt utilizate din ce in ce mai mult in toate domeniile de activitate.

Transformarea semnalelor analogice in semnale numerice se realizeaza prin intermediul operatiilor de esantionare si cuantizare. Aceste doua operatii sunt cunoscute si sub denumirea de digitizare. Prin procesul de digitizare se pierd o serie de informatii pe care le poarta semnalul analogic, din acest motiv fiind un proces ireversibil. Daca aceasta pierdere este situata intre limite acceptabile, atunci se pot aplica metodele numerice de prelucrare ale semnalelor dupa care, in functie de necesitati, se poate realiza transformarea intr-un semnal analogic prin operatiile de netezire (interpolare, filtrare, etc.)

Echipamentele care efectueaza operatiile de digitizare si netezire se numesc convertoare.

b. Conversia analog-numerica si numeric-analogica

S-a aratat anterior ca transformarea semnalelor analogice in semnale numerice se face prin intermediul operatiilor de esantionare si cuantizare, cunoscuta sub denumirea de conversie analog-numerica. Esantionarea este efectuata cu ajutorul unor circuite de esantionare si memorare, in timp ce cuantizarea este efectuata cu circuite specializate, numite cuantizoare.

Pentru a respecta teorema esntionarii este obligatorie introducerea unui filtru anti-aliasing. In aceste conditii o schema bloc pentru un convertor analog-numeric (CAN) este prezentata in figura 5.

Fig. 5 Schema bloc pentru CAN

Transformarea inversa, din semnal numeric in semnal analogic poarta denumirea de conversie numeric-analogica. In realitate, aceasta operatie nu este exact inversa precedentei, deoarece prin esantionare se pierd o serie de componente spectrale datorita filtrului anti-aliasing. Acceptand ca acest efect este neglijabil, se poate reconstitui semnalul x(t).

Un exemplu de schema bloc pentru un convertor numeric-analogic (CNA) este prezentat in figura 6.

Semnalul numeric de intrare este transformat intr-un semnal "aproape" analogic la iesire cu ajutorul convertorului, dupa care este introdus intr-un filtru de netezire care are ordinul 1 sau 2.

c. Caracteristicile convertoarelor

Atat CAN cat si CNA prezinta urmatoarele caracteristici importante:

1. Domeniul de lucru, care reprezinta intervalul maxim in care poate varia marimea analogica (in general aceasta este o tensiune).

2. Caracteristica de transfer, exprima dependenta care exista intre marimea de iesire si cea de intrare. Pentru un CAN ideal aceasta caracteristica este prezentata in figura 10a, iar pentru un CNA in figura 10b.

3. Rezolutia, exprima numarul total de nivele de iesire pentru CNA sau numarul total de coduri de iesire pentru CAN.

Erorile convertoarelor

In functie de parametrii care afecteaza buna functionare a convertoarelor exista doua mari categorii de erori: statice, care afecteaza numai caracteristica de transfer si erori dinamice care afecteaza si desfasurarea in timp a operatiei de conversie.

d. Convertoare analog-numerice (CAN)

CAN = circuit care transforma o marime analogica aplicata la intrare intr-o marime numerica la iesire.

Aceasta transformare are loc prin intermediul esantionarii (care defineste modul de obtinere a esantioanelor cu ajutorul circuitelor E-M) si cuantizarii (care stabileste modul de obtinere a echivalentului numeric al marimii analogice).

Clasificarea acestor convertoare se face dupa mai multe criterii, dintre care mai reprezentative sunt:

modalitatea de obtinere a esantioanelor

modalitatea de prelucrare a marimii de intrare.

e. Convertoare numeric-analogice (CNA)

CNA - transforma o marime numerica care se aplica la intrare intr-o marime analogica la iesire, care poate fi tensiune sau intensitate.

Aceasta transformare se face cu ajutorul codurilor, care pot fi ponderate sau neponderate si poate fi considerata similara cu transformarea din sistemul de numeratie binar in cel zecimal. In acest mod se asociaza fiecarei cifre binare " 1" o anume valoare a unei marimi electrice (tensiune sau intensitate), care se insumeaza ponderat in conformitate cu rangul ocupat in reprezentarea numerica. Ponderea creste de la dreapta la stanga (de la LSB la MSB). Pentru cifra binara "0" se asociaza valoarea nula a aceleiasi marimi electrice.

Schema bloc simplificata a unui CNA este prezentata in figura 9.