Data Converters MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Data 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। 

संकल्पना:

लैडर प्रकार के D/A परिवर्तक के लिए:

आउटपुट वोल्टेज (V0) = विभेदन× बाइनरी इनपुट का दशमलव समतुल्य

जहाँ विभेदन इसके द्वारा दिया जाता है:

\(Resolution=\frac{{{V}_{ref}}}{{{2}^{n}}}\)

अनुप्रयोग:

दिया गया है n = 5 और डिजिटल इनपुट = 11010

∵ विभेदन निम्न होगा:

\(R=\frac{{{V}_{ret}}}{{{2}^{n}}}=\frac{10}{{{2}^{5}}}=~0.3125\)

चूँकि 11010 का दशमलव समतुल्य= 26

इसलिए, V0 = 26 × 0.3125

V0 = 8.125 V

टिप्पणी: यदि विस्तृत वोल्टेज दिया गया है,तो:

विभेदन \(=\frac{{{V}_{fs}}}{{{2}^{n}}-1}\)

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

काउंटर प्रकार ADC: (2n – 1) Tclk

क्रमिक सादृश्य समय ADC: n Tclk

फ़्लैश प्रकार का ADC: Tclk

दोहरा ढलान वाला ADC: (2n+1 – 1) Tclk

क्रमिक सादृश्य A/D परिवर्तक में काउंटर रैंप A/D परिवर्तक की तुलना में न्यूनतम रूपांतरण समय होता 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।

वियोजन: इसे डिजिटल इनपुट में एक बिट के परिवर्तन से संबंधित एनालॉग आउटपुट वोल्टेज में सबसे छोटे परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया जाता है।

एक n - बिट वाले DAC का प्रतिशत वियोजन (%R):

\( \%R= \frac{1}{{{2^n} - 1}} \times 100\)

0 से V तक आउटपुट वोल्टेज की सीमा के साथ n - बिट वाले DAC का वियोजन निम्न दिया गया है:

\(R = \frac{V}{{{2^n} - 1}}volts\)

गणना:

बिट की संख्या (n) = 8

वियोजन \( = \frac{{1}}{{{2^8} - 1}} = \frac{{1}}{{255}}\)

n बिट वाले फ़्लैश प्रकार के ADC के लिए आवश्यक तुलनित्रों की संख्या (2ⁿ - 1) है।

दिया गया है कि, n = 12

विभेदन: इसे अंकीय आउटपुट में एक बिट के परिवर्तन के संगत अनुरूप निर्गम वोल्टेज में न्यूनतम परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया गया है।

n-बिट DAC का प्रतिशत विभेदन (%R) है:

\(\%R = \frac{1}{{{2^n} - 1}} \times 100\)

0 से V तक निर्गम वोल्टेज के परिसर के साथ एक n-बिट DAC का विभेदन निम्न द्वारा दिया गया है:

\(R = \frac{V}{{{2^n} - 1}}\) वोल्ट

इसलिए, अनुरूप से अंकीय परिवर्तक के दो आसन्न अंकीय कोड द्वारा दर्शाए गए अनुरूप वोल्टेज के बीच अंतर को विभेदन कहा जाता है।

इसलिए, विकल्प (2) सही उत्तर है।

Important Points

यथार्थता:

• A/D परिवर्तक की यथार्थता निर्धारित करती है कि दिए गए अनुरूप निवेशी के लिए सैद्धांतिक रूप से अपेक्षित अंकीय निर्गम के लिए वास्तविक अंकीय निर्गम कितना करीब है।
• दूसरे शब्दों में, परिवर्तक की यथार्थता निर्धारित करती है कि अंकीय निर्गम कोड कितने बिट निवेश सिग्नल के बारे में उपयोगी जानकारी का प्रतिनिधित्व करते हैं।

% एक n बिट ADC की यथार्थता = (1 / 2n ) × 100

संकल्पना:

एक सोपान-प्रकार के D/A परिवर्तक में:

आउटपुट वोल्टेज (V0) = वियोजन × द्विधारी इनपुट का दशमलव समकक्ष 

जहाँ वियोजन निम्न दिया गया है:

\(Resolution=\frac{{{V}_{fs}}}{{{2}^{n}}-1}\)

जहाँ, V_fs = पूर्ण स्केल वोल्टेज या अधिकतम वोल्टेज 

अनुप्रयोग:

दिया गया है n = 6 और डिजिटल इनपुट = 101001

∵ वियोजन निम्न होगा:

\(R=\frac{{{V}_{ret}}}{{{2}^{n}-1}}=\frac{10}{{{2}^{6}-1}}=~0.1587\)

चूँकि 101001 का दशमलव समकक्ष = 41 

इसलिए, V0 = 41 × 0.1587

V0 = 6.5067 V

V₀ ≈ 6.5 V

सूचना: यदि संदर्भ वोल्टेज दिया गया है, तो:

\(Resolution=\frac{{{V}_{ref}}}{{{2}^{n}}}\)

तुलनित्र:

• तुलनित्र वह परिपथ होता है जो Op-Amp के एक इनपुट पर लागू सिग्नल वोल्टेज की तुलना दूसरे इनपुट पर ज्ञात संदर्भ वोल्टेज के साथ करता है। 
• यह या तो उच्च या निम्न आउटपुट वोल्टेज को इस आधार पर उत्पादित करता है कि कौन-सा इनपुट उच्चतम है। 
• चूँकि, एक तुलनित्र आउटपुट में दो वोल्टेज स्तर या तो उच्च या निम्न (1 या 0) होता है, इसलिए यह एनालॉग से डिजिटल परिवर्तक के रूप में कार्य करता है। 
• यह इनपुट वोल्टेज के रैखिक समानुपाती नहीं होती है। 

​

सामान्य एनालॉग से डिजिटल परिवर्तक निम्न हैं:

रैंप-प्रकार:

• रैंप-प्रकार के DVM का सिद्धांत उस समय के मापन पर आधारित होता है जो यह एक रैखिक रैंप वोल्टेज 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 परिवर्तक का यह प्रकार बहुत धीमा (लेकिन सस्ता और सरल) होता है। 
• यह उस डेटा के लिए उपयुक्त होता है जो काफी धीमी गति से परिवर्तित होते हैं, जैसे वाहन या विमान नियंत्रण प्रणाली। 
• ऑडियो सिग्नल परिवर्तित किये जाने के लिए काफी धीमे होते हैं। 

दोहरा-ढलान परिवर्तक:

• दोहरे-ढलान तकनीक में एक समाकलक का प्रयोग समय की निर्दिष्ट अवधि के लिए एक सटीक वोल्टेज संदर्भ के समाकलन के लिए किया जाता है। समान समाकलक का प्रयोग फिर विपरीत ढलान, इनपुट वोल्टेज के साथ समाकलन के लिए किया जाता है और प्रारंभिक वोल्टेज तक वापस आने के लिए आवश्यक समय को मापा जाता है। 
• स्वचालित शून्य संशोधन फलन को प्रत्येक परिवर्तक के पहले प्रदर्शित किया जाता है जिससे ओफ़्सेट वोल्टेज और धारा में परिवर्तन की क्षतिपूर्ति की जाएगी। 

क्रमिक सन्निकटन:

• मूल सिद्धांत वह द्विआधारी समाश्रयण है जिसमें एनालॉग इनपुट की तुलना DAC संदर्भ वोल्टेज के साथ की जाती है जो पुनरावृत्तीय रूप से आधे में विभाजित होता है।
• एक क्रमिक सन्निकटन A/D परिवर्तक में एक तुलनित्र, एक क्रमिक सन्निकटन रजिस्टर (SAR), आउटपुट लैच, और D/A परिवर्तक शामिल होता है। 
• यह उच्च गति में सक्षम होता है और विश्वसनीय होता 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।