Analog To Digital Converters MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Analog To Digital Converters - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

व्याख्या:

8-बिट A/D कन्वर्टर में क्वांटाइजेशन त्रुटि

परिभाषा: एक एनालॉग से डिजिटल (A/D) कन्वर्टर में क्वांटाइजेशन त्रुटि वास्तविक एनालॉग इनपुट मान और डिजीटल आउटपुट मान के बीच का अंतर है। यह A/D कन्वर्टर के सीमित रिज़ॉल्यूशन के कारण उत्पन्न होता है, जो एनालॉग इनपुट के सभी संभावित मानों को सटीक रूप से प्रदर्शित नहीं कर सकता है।

कार्य सिद्धांत: एक A/D कन्वर्टर एक एनालॉग वोल्टेज को संबंधित डिजिटल मान में बदल देता है। एनालॉग इनपुट की श्रेणी को असतत स्तरों में विभाजित किया जाता है, और प्रत्येक स्तर को एक अद्वितीय डिजिटल कोड सौंपा जाता है। A/D कन्वर्टर का रिज़ॉल्यूशन एनालॉग इनपुट का प्रतिनिधित्व करने के लिए उपयोग किए जाने वाले बिट्स की संख्या से निर्धारित होता है। उदाहरण के लिए, एक 8-बिट A/D कन्वर्टर इनपुट रेंज को 28 = 256 असतत स्तरों में विभाजित करता है।

क्वांटाइजेशन त्रुटि की गणना:

क्वांटाइजेशन त्रुटि को सबसे छोटे चरण (लीस्ट सिग्निफिकेंट बिट - LSB) के आकार का निर्धारण करके अनुमानित किया जा सकता है जिसे A/D कन्वर्टर हल कर सकता है। -1 से +1 वोल्ट तक इनपुट वोल्टेज रेंज वाले 8-बिट A/D कन्वर्टर के लिए, चरणों की गणना इस प्रकार की जा सकती है:

कुल वोल्टेज रेंज = 1 - (-1) = 2 वोल्ट

असतत स्तरों की संख्या = 2⁸ = 256

वोल्टेज चरण आकार (LSB) = कुल वोल्टेज रेंज / स्तरों की संख्या = 2 वोल्ट / 256 ≈ 0.0078125 वोल्ट = 7.8125 mV

क्वांटाइजेशन त्रुटि आमतौर पर ±1/2 LSB होती है, इसलिए:

क्वांटाइजेशन त्रुटि = ± (7.8125 mV / 2) ≈ ± 3.90625 mV

चूँकि त्रुटि को आमतौर पर पूर्ण मान के रूप में माना जाता है, इसलिए 8-बिट A/D कन्वर्टर के लिए प्रति चरण क्वांटाइजेशन त्रुटि लगभग 3.90625 mV है। इसका मतलब है कि सही उत्तर 4 mV के सबसे करीब है। हालाँकि, चूँकि प्रश्न में "लगभग बराबर" निर्दिष्ट है, इसलिए उत्तर को निकटतम दिए गए विकल्प पर गोल किया जाएगा।

सही विकल्प है: विकल्प 3: 2 mV

व्याख्या:

एनालॉग से डिजिटल (A/D) कन्वर्टर्स

A/D कन्वर्टर्स के प्रकार: A/D कन्वर्टर्स के कई प्रकार हैं, प्रत्येक की अपनी विशेषताएँ, लाभ और नुकसान हैं। सबसे सामान्य प्रकारों में शामिल हैं:

• एकल-ढलान समाकलन A/D कन्वर्टर्स
• दोहरी-ढलान समाकलन A/D कन्वर्टर्स
• क्रमागत सन्निकटन A/D कन्वर्टर्स
• फ्लैश A/D कन्वर्टर्स

दोहरी-ढलान समाकलन A/D कनवर्टर:

कार्य सिद्धांत: दोहरी-ढलान समाकलन A/D कनवर्टर दो चरणों में संचालित होता है: समाकलन चरण और वि-समाकलन चरण। समाकलन चरण के दौरान, इनपुट एनालॉग सिग्नल को एक निश्चित अवधि में एकीकृत किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक रैंप सिग्नल होता है। वि-समाकलन चरण में, विपरीत ध्रुवता का एक ज्ञात संदर्भ वोल्टेज समाकलक पर लागू किया जाता है, और रैंप सिग्नल को शून्य पर वापस आने के लिए आवश्यक समय को मापा जाता है। यह समय इनपुट वोल्टेज के समानुपाती होता है।

सही विकल्प है: विकल्प 3: एक दोहरी-ढलान समाकलन-प्रकार A/D कनवर्टर में एकल-ढलान समाकलन-प्रकार A/D कनवर्टर की तुलना में अधिक सटीकता होती है।

संकल्पना:

वियोजन को सबसे कम वोल्टेज के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जिसे ADC द्वारा मापा जा सकता है।

संदर्भ वोल्टेज वह अधिकतम मान होता है जिसे ADC परिवर्तित कर सकता है।

एक n - बिट ADC के लिए वियोजन को \( = \frac{{{V_{ref}}}}{{{2^n}}}\) के रूप में व्यक्त किया जाता है।

गणना:

संदर्भ वोल्टेज (Vref) = 5 V

वियोजन = 10 mV

\(\frac{5}{{{2^n}}} = 10 \times {10^{ - 3}}\)

⇒ 2n = 500

फ्लैश प्रकार (या) समानांतर प्रकार (या) युगपत ADC:

निम्नलिखित चित्र 3-बिट फ्लैश ADC परिपथ दिखाता है।

• यह तुलनित्रों की एक श्रृंखला से बना है, प्रत्येक एक निवेश सिग्नल की तुलना एक अद्वितीय संदर्भ वोल्टेज से करता है।
• तुलनित्र निर्गम एक प्राथमिकता कोडित्र परिपथ के निवेश से जुड़ता है, जो तब एक द्वि-आधारी निवेश का उत्पादन करता है।
• Vref एक स्थिर संदर्भ वोल्टेज है जो परिवर्तित्र परिपथ के भाग के रूप में एक सटीक वोल्टेज नियामक द्वारा प्रदान किया जाता है।
• जैसा कि अनुरूप निवेश वोल्टेज प्रत्येक तुलनित्र में संदर्भ वोल्टेज से अधिक होता है, तुलनित्र निर्गम क्रमिक रूप से उच्च अवस्था में संतृप्त होगा।
• प्राथमिकता कोडित्र उच्चतम-क्रम सक्रिय निवेश के आधार पर एक द्वि-आधारी संख्या का निर्माण करता है, अन्य सभी सक्रिय निवेशों की उपेक्षा करता है।
• फ़्लैश प्रकार ADC सबसे तेज़ ADC है
• फ़्लैश प्रकार ADC को कोई गणित्र की आवश्यकता नहीं है
• n-बिट ADC के लिए, फ्लैश प्रकार ADC को (2n – 1) तुलनित्रों की आवश्यकता होती है
• रूपांतरण का समय : Tclk

गणना:

दिया गया है, n = 3

आवश्यक तुलनित्रों की संख्या, N = 23 – 1 = 7

अवधारणा:

सामान्य एनालॉग से डिजिटल परिवर्तक निम्न हैं:

रैंप-प्रकार:

• रैंप-प्रकार के DVM का सिद्धांत उस समय के मापन पर आधारित है, जो रैखिक रैंप वोल्टेज के लिए 0 V से इनपुट वोल्टेज के स्तर तक बढ़ने (या) इनपुट वोल्टेज के स्तर से शून्य तक कम होने के लिए लेता है।
• एनालॉग से डिजिटल परिवर्तन का यह प्रकार बहुत धीमा (लेकिन सस्ता और साधारण) होता है। 
• यह उस डेटा के लिए आदर्श होता है जो वाहन और विमान नियंत्रण प्रणालियों जैसे के लिए काफी धीरे-धीरे परिवर्तित होता है।
• ऑडियो सिग्नल परिवर्तित किये जाने के लिए पर्याप्त धीमे होते हैं। 

दोहरा-ढलान परिवर्तक:

• दोहरे-ढलान तकनीक में समाकलक का प्रयोग एक निर्दिष्ट समयावधि के लिए सटीक वोल्टेज संदर्भ का समाकलन करने के लिए किया जाता है। फिर समान समाकलक का प्रयोग विपरीत ढलान के साथ समाकलन के लिए किया जाता है, इनपुट वोल्टेज और प्रारंभिक वोल्टेज तक वापस जाने के लिए आवश्यक समय को मापा जाता है।
• स्वचालित शून्य संशोधन फलन को प्रत्येक रूपांतरण से पहले इस प्रकार प्रदर्शित किया जाता है जिससे ऑफसेट वोल्टेज और धारा में परिवर्तनों की क्षतिपूर्ति की जाएगी। 

आनुक्रमिक अनुमान:

• मूल सिद्धांत वह द्विआधारी समाश्रयण होता है जिसमें एनालॉग इनपुट की तुलना DAC संदर्भ वोल्टेज के साथ की जाती है जिसे पुनरावृत्तीय रूप से आधे भाग में विभाजित किया जाता है।
• क्रमागत अनुमान वाले A/D परिवर्तक में क्षतिपूरक, क्रमागत अनुमान रजिस्टर (SAR), आउटपुट लैच, और D/A परिवर्तक शामिल है। 
• यह उच्च गति में सक्षम होता है और विश्वसनीय होता है। 

Important Points

R-2R सोपान का प्रयोग डिजिटल से एनालॉग परिवर्तक के लिए किया जाता है:

यह R-2R सोपान नेटवर्क वाले योग ऐम्प्लीफायर का प्रयोग करता है, जैसा नीचे दर्शाया गया है। 

n-बिट वाले DAC के लिए इसे केवल 2 अलग-अलग मान वाले प्रतिरोधक अर्थात् R और 2R की आवश्यकता होती है। 

n - बिट रूपांतरण के लिए विभिन्न ADC के लिए रूपांतरण समय निम्न हैं:

काउंटर प्रकार ADC: (2n – 1) Tclk

क्रमिक सन्निकटन समय ADC: n Tclk

फ़्लैश प्रकार ADC: Tclk

(फ्लैश प्रकार ADC को समानांतर तुलनित्र प्रकार के रूप में भी जाना जाता है)

दोहरा ढलान वाला ADC: (2n+1 – 1) Tclk

एनालॉग से डिजिटल परिवर्तक का सबसे तेज़ प्रकार फ्लैश प्रकार / समानांतर तुलनित्र प्रकार है।

महत्वपूर्ण तथ्य:

• काउंटर प्रकार की ADC और क्रमिक सादृश्य ADC, DAC का उपयोग करते हैं।
• काउंटर प्रकार का ADC रैखिक खोज का उपयोग करता है और क्रमिक सादृश्य प्रकार का ADC द्विआधारी खोज का उपयोग करता है।
• रिंग काउंटर का उपयोग क्रमिक सादृश्य प्रकार के ADC में किया जाता है।
• फ़्लैश प्रकार का ADC सबसे तीव्र ADC होता है।
• फ़्लैश प्रकार के ADC को किसी काउंटर की आवश्यकता नहीं होती है।
• n - बिट वाले ADC के लिए फ़्लैश प्रकार के ADC को (2n – 1) तुलनित्र की आवश्यकता होती है।
• दोहरे ढलान वाले ADC सबसे सटीक होते हैं।

सही उत्तर विकल्प 3):(15) है

संकल्पना:

फ्लैश प्रकार ADC:

1) यह सभी ADC प्रकारों में सबसे तीव्र ADC है।

2) एक n-बिट फ़्लैश प्रकार ADC के लिए आवश्यक है: 2ⁿ -1 तुलनित्र, 2n प्रतिरोधक, और एक 2ⁿ × n उत्कृष्ट कोडित्र।

विश्लेषण: बिट्स की संख्या(n) = 4

अभीष्ट तुलनित्रों की संख्या = 24 -1 = 15 है।

समाकलन प्रकार का ADC सबसे धीमा होता है। 

विभिन्न ADC का परावर्तन समय नीचे दर्शाया गया है। 

उपरोक्त तालिका से सबसे तीव्र ADC फ़्लैश प्रकार की ADC है जिसका परावर्तन समय बिट की संख्या से स्वतंत्र होता है। 

संकल्पना:

डिजिटल रैंप ADC रूपांतरण समय इस प्रकार दिया गया है:

\(= \left( {{2^N} - 1} \right){T_{clk}} \)

दिया गया:

n = 10

f = 500 kHz

विश्लेषण:

\({T_{clk}} = \frac{1}{{500\; \times \;{{10}^3}}}\)

= 2 μs

रूपांतरण समय ==(2N – 1) Tclk

= (1024 - 1) × 2 μs = 2046 μs

Important Points

विभिन्न प्रकार के n-बिट ADC का रूपांतरण समय दिखाया गया है:

संकल्पना:

एक उत्तरोत्तर-सन्निकटन ADC एक प्रकार का एनालॉग-टू-डिजिटल परिवर्तक है जो एक निरंतर एनालॉग तरंग को एक असतत डिजिटल प्रतिनिधित्व में परिवर्तित करता है, जो प्रत्येक एनालॉग वोल्टेज रूपांतरण के लिए एक डिजिटल आउटपुट पर अंत में परिवर्तित होने से पहले सभी संभावित परिमाणीकरण स्तरों के माध्यम से एक द्विआधारी खोज का उपयोग करता है।

N-बिट उत्तरोत्तर सन्निकटन ADC के लिए, रूपांतरण समय निम्न है।

= N T

जहाँ T कालद स्पंद का आवर्तकाल है।

∴ रूपांतरण समय इनपुट वोल्टेज के परिमाण पर निर्भर नहीं करता है।

संकल्पना:​ 

काउंटर प्रकार A/D काउंटर का रूपांतरण समय \((2^n - 1) T_ {clk}\) है। ​​ 

  1 बिट =  \((​​2^1-1)T_{CLK}\) = \(T_{clk} \).

  2 बिट = \((​​2^2-1)T_{CLK}\) = \(3T_{clk}\).

उपरोक्त से जब बिट बढ़ता है, रूपांतरण दोगुना हो जाता है, तो उत्तर काउंटर प्रकार A/D परिवर्तित्र है।

Additional Information

• द्वैत ढाल A/D परिवर्तित्र \((2^{n+1}-1)T_{clk}\)  है। 
• फ्लैश प्रकार A/D परिवर्तित्र \(T_{clk}\) है।
• उत्तरोत्तर सन्निकटन प्रकार A/D परिवर्तित्र \(nT_{clk}\) है। 

Important Points 

• काउंटर प्रकार ADC और उत्तरोत्तर सन्निकटन ADC, DAC का उपयोग करता है।
• काउंटर प्रकार ADC रैखिक अन्वेषण का उपयोग करता है और उत्तरोत्तर सन्निकटन प्रकार ADC द्विआधारी अन्वेषण का उपयोग करता है।
• रिंग काउंटर का उपयोग उत्तरोत्तर सन्निकटन प्रकार ADC में किया जाता है।
• फ़्लैश प्रकार ADC सबसे तेज़ ADC होता है।
• फ़्लैश प्रकार ADC को किसी काउंटर की आवश्यकता नहीं होती है।
• एक n-बिट ADC के लिए, फ़्लैश प्रकार ADC के लिए (2n – 1) तुलनित्रों की आवश्यकता होती है।
• द्वैत ढाल ADC सबसे यथार्थ होता है।

दोहरे ढलान ADC का वियोजन श्रांति अवधि की लंबाई और समय माप वियोजन (यानी, नियंत्रक के कालद की आवृत्ति) द्वारा निर्धारित किया जाता है।

वियोजन (बिट्स की संख्या में) एक पूर्ण पैमाने के इनपुट (V_in = - V_ref) के लिए श्रांति अवधि की न्यूनतम लंबाई है।

\({t_d} = \frac{{{2^r}}}{{{f_{clk}}}}\)

जहाँ t_d श्रांति अवधि है,

r वियोजन है

f_clk कालद की आवृत्ति है।

महत्वपूर्ण बिंदु :

ADC को एकीकृत करने वाले दोहरे ढलान के अधिकतम वियोजन की सीमाएँ हैं। लंबे माप समय या तेज कालद का उपयोग करके मूल दोहरे ढलान वाले ADC के संकल्प को मनमाने ढंग से उच्च मूल्यों तक बढ़ाना संभव नहीं है।

एक अंकीय वोल्टमीटर में द्वि-ढलान ADC का उपयोग करने का लाभ यह है कि इसकी यथार्थता अधिक है। 

द्वि-ढलान ADC:

1. द्वि-ढलान समाकलन प्रकार ADC रव के कारण घटक मानों में भिन्नता पर निर्भर न होने के कारण ADC का सबसे यथार्थता प्रकार है।

2. द्वि-ढलान ADC अन्य सभी ADC के बीच सबसे धीमा ADC है, लेकिन द्वि-ढलान ADC का लाभ इसकी यथार्थता है।

3. ये परिशुद्धता अनुप्रयोग में उपयोग किए जाते हैं।

द्वि-ढलान ADC का लाभ:

1. उच्च निर्धारण एक यथार्थता गणना का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है।

2. घटक मान विविधताओं का सटीकता पर कोई प्रभाव नहीं पड़ेगा।

3. उदाहरण के लिए, तापमान भिन्नता के कारण धारिता परिवर्तित हो सकती है। लेकिन चूंकि आवेशन और निरावेशन प्रक्रियाएं एक ही संधारित्र के माध्यम से की जाती हैं, इसलिए इस धारिता भिन्नता का शुद्ध प्रभाव नगण्य है।

हानि:

द्वि -ढलान ADC सबसे धीमा ADC है

फ्लैश प्रकार (या) समानांतर प्रकार (या) युगपत ADC:

निम्नलिखित चित्र 3-बिट फ्लैश ADC परिपथ दिखाता है।

• यह तुलनित्रों की एक श्रृंखला से बना है, प्रत्येक एक निवेश सिग्नल की तुलना एक अद्वितीय संदर्भ वोल्टेज से करता है।
• तुलनित्र निर्गम एक प्राथमिकता कोडित्र परिपथ के निवेश से जुड़ता है, जो तब एक द्वि-आधारी निवेश का उत्पादन करता है।
• Vref एक स्थिर संदर्भ वोल्टेज है जो परिवर्तित्र परिपथ के भाग के रूप में एक सटीक वोल्टेज नियामक द्वारा प्रदान किया जाता है।
• जैसा कि अनुरूप निवेश वोल्टेज प्रत्येक तुलनित्र में संदर्भ वोल्टेज से अधिक होता है, तुलनित्र निर्गम क्रमिक रूप से उच्च अवस्था में संतृप्त होगा।
• प्राथमिकता कोडित्र उच्चतम-क्रम सक्रिय निवेश के आधार पर एक द्वि-आधारी संख्या का निर्माण करता है, अन्य सभी सक्रिय निवेशों की उपेक्षा करता है।
• फ़्लैश प्रकार ADC सबसे तेज़ ADC है
• फ़्लैश प्रकार ADC को कोई गणित्र की आवश्यकता नहीं है
• n-बिट ADC के लिए, फ्लैश प्रकार ADC को (2n – 1) तुलनित्रों की आवश्यकता होती है
• रूपांतरण का समय : Tclk

गणना:

दिया गया है, n = 3

आवश्यक तुलनित्रों की संख्या, N = 23 – 1 = 7

एनालॉग सिग्नल:

• एनालॉग उपकरण और प्रणाली सिग्नल को प्रोसेस करते हैं जिनके वोल्टेज या अन्य मात्राएं लगातार बदलती रहती हैं।
• वे वोल्टेज, धारा, या अन्य मीट्रिक की निरंतर श्रेणी में कोई भी मान ले सकते हैं, अर्थात एक एनालॉग सिग्नल में अनंत संख्या में मान हो सकते हैं।
• उनके पास एक मूल्य है जो समय के साथ लगातार बदलता रहता है और एक सीमा में मूल्यों के अनंत सेट में से कोई भी हो सकता है।
• एनालॉग सिग्नल कुछ भौतिक मात्रा का प्रतिनिधित्व करते हैं और वे वास्तविक मात्रा का एक मॉडल हो सकते हैं।
• उदाहरण: टेलीफोन प्रेषित्र ध्वनि को विद्युत वोल्टेज सिग्नल में परिवर्तित करता है। आवाज की तीव्रता विद्युत प्रवाह में बदलाव का कारण बनती है। इसलिए, दोनों समान हैं इसलिए नाम एनालॉग है।

डिजिटल सिग्नल:

• डिजिटल सिग्नल गैर-सतत होते हैं, अर्थात वे अलग-अलग चरणों में बदलते हैं। वे असतत स्तरों या मूल्यों के साथ स्पंदों या अंकों से मिलकर बने होते हैं।
• प्रत्येक स्पंद का मान स्थिर होता है, लेकिन एक अंक से दूसरे अंक में अचानक परिवर्तन होता है।
• डिजिटल सिग्नल में दो आयाम स्तर होते हैं। जिसका मान दो संभावनाओं में से एक के रूप में निर्दिष्ट किया जाता है जैसे कि 1 या 0, उच्च या निम्न, सत्य या असत्य और इसी तरह।
• वास्तव में, मान विशिष्ट श्रेणियों के भीतर कहीं भी होते हैं और हम एक निश्चित सीमा के भीतर मूल्यों को परिभाषित करते हैं।