Splošno načelo ADC

Poglejmo si glavno vrsto vprašanj, ki jih je mogoče pripisati načelu delovanja analogno-digitalni pretvorniki (ADC) različne vrste. Zaporedni račun, bitno uravnoteženje - kaj se skriva za temi besedami? Kakšno je načelo delovanja mikrokrmilnika ADC? Te, pa tudi številna druga vprašanja, bomo obravnavali v okviru članka. Prvi trije deli bodo namenjeni splošni teoriji, iz četrte podnaslova pa bomo preučili načelo svojega dela. Izrazite ADC in DAC lahko izpolnite v drugačni literaturi. Načelo delovanja teh naprav je nekoliko drugačno, zato jih ne zamenjujte. Tako bo članek upoštevan pretvorba signala od analognega do digitalnega, medtem ko DAC deluje obratno.

Opredelitev

Preden upoštevamo načelo ADC, ugotovimo, kakšna naprava je. Analogno-digitalni pretvorniki so naprave, ki pretvarjajo fizično vrednost v ustrezno numerično predstavitev. Kot začetni parameter lahko skoraj vse deluje: tok, napetost, kapacitivnost, upor, kota vrtenja gredi, frekvenca impulza in tako naprej. Toda, da bi imeli gotovost, bomo delali le z eno transformacijo. To je "napetostna koda". Izbira te oblike ni naključna. Navsezadnje je ADC (načelo delovanja te naprave) in njegove značilnosti v veliki meri odvisni od tega, kaj se uporablja. S tem je mišljen proces primerjanja določene vrednosti s prej uveljavljenim standardom.

Značilnosti ADC

Glavne so globina bitov in pogostost pretvorbe. Prvi je izražen v bitih, drugi pa v counts na sekundo. Sodobni analogno-digitalni pretvorniki imajo lahko 24-bitno zmogljivost ali hitrost pretvorbe, ki doseže enote GSPS. Upoštevajte, da vam lahko ADC hkrati zagotovi samo eno od njegovih lastnosti. Čim večja je njihova zmogljivost, težje je delati z napravo, in sama je dražja. Toda korist je mogoče dobiti potrebne številke, žrtvovanje hitrosti naprave.

Vrste ADC-jev

Načelo delovanja se razlikuje med različnimi skupinami naprav. Upoštevali bomo naslednje vrste:

1. Z neposrednim preoblikovanjem.
2. Z zaporednim približevanjem.
3. Z vzporedno transformacijo.
4. Analogno-digitalni pretvornik z balansiranjem polnjenja (delta-sigma).
5. Vključevanje ADC-jev.

Obstaja veliko drugih transporterjev in kombiniranih tipov, ki imajo svoje posebne značilnosti z različnimi arhitekturi. Toda tisti vzorci, ki bodo obravnavani v okviru članka, so zanimivi, ker igrajo indikativno vlogo v svoji niši naprav te specifičnosti. Zato preučimo načelo ADC-ja in njegovo odvisnost od fizične naprave.

Neposredni analogno-digitalni pretvorniki

Postali so zelo priljubljeni v 60. in 70. letih prejšnjega stoletja. V obliki integrirana vezja so izdelani iz 80-ih let. To so zelo preproste, celo primitivne naprave, ki se ne morejo pohvaliti z znatnimi kazalniki. Njihova bitna globina je običajno 6-8 bitov, hitrost pa le redko presega 1 GSPS.

Načelo delovanja ADC-jev te vrste je naslednje: vhodni signal hkrati vnaša v plusove vhodov komparatorjev. Negativni priključki imajo napetost določene vrednosti. In nato naprava določi način delovanja. To se naredi zaradi referenčne napetosti. Recimo, da imamo napravo z 8 primerjalnimi napravami. Ob predložitvi Referenčna napetost frac12 bo vključevala le 4 od njih. Predhodni dajalnik bo oblikovan binarno kodo, ki ga določi izhodni register. Kar zadeva zasluge in pomanjkljivosti, je mogoče povedati, da takšno načelo omogoča ustvarjanje naprav visoke hitrosti. Ampak, da bi dobili potrebne bitne zmogljivosti, se morate znojiti veliko.

Splošna formula za število primerjalnikov je taka: 2 ^ N. Pod N morate nastaviti število številk. Primer, ki smo ga prej razmislili, se lahko ponovno uporabi: 2 ^ 3 = 8. Za pridobitev tretje številke je potrebno skupno 8 primerjalcev. To je načelo ADC, ki je bilo prvič ustvarjeno. Ni zelo priročno, zato so v nadaljevanju ostale arhitekture.

Analogni do digitalni pretvorniki

Tu uporabljamo algoritem »ponderiranja«. Na kratko, naprave, ki uporabljajo to tehniko, imenujemo preprosto ADC za zaporedno štetje. Načelo delovanja je naslednje: naprava meri vrednost vhodnega signala in se nato primerja s številkami, ki se generirajo v skladu z določeno tehniko:

1. Določena je polovica možne referenčne napetosti.
2. Če je signal premagal mejo vrednosti iz točke # 1, ga primerjamo s številom, ki leži v sredini med preostalo vrednostjo. Torej, v našem primeru bo frac34- referenčna napetost. Če referenčni signal ne doseže tega indeksa, se primerjava izvede z drugim delom intervala na enak način. V tem primeru je to referenčna napetost frac14.
3. Korak 2 je treba ponoviti N-krat, kar nam bo dalo N-bitni rezultat. To je posledica števila H primerjav.

To načelo delovanja omogoča pridobitev naprav s relativno visoko pretvorbo, ki so ADC zaporednega približevanja. Načelo delovanja, kot si lahko ogledate, je preprosto in te naprave so odlične za različne primere.

Vzporedni analogno-digitalni pretvorniki

Delujejo kot serijske naprave. Formula za izračun je (2 ^ H) -1. Za obravnavani primer potrebujemo (2 ^ 3) -1 primerjalce. Za delovanje deluje določen niz teh naprav, od katerih lahko vsakdo primerja vhodne in posamezne referenčne napetosti. Vzporedni analogno-digitalni pretvorniki so precej hitre naprave. Toda načelo gradnje teh naprav je takšno, da je za podporo njihovega delovanja potrebna precejšnja moč. Zato jih ni priporočljivo uporabljati z močjo baterije.

Analogno-digitalni pretvornik z uravnoteženim uravnoteženjem

Deluje v skladu s podobno shemo kot prejšnja naprava. Zato, da bi razložili delovanje ADC bitnega uravnoteženja, se načelo dela za začetnike šteje dobesedno na prste. V središču teh naprav je pojav dihotomije. Z drugimi besedami, izvedemo dosledno primerjavo izmerjene količine z določenim delom največje vrednosti. Vrednosti se lahko sprejmejo frac12-, 1/8, 1/16 in tako naprej. Zato lahko analogni-digitalni pretvornik izvede celoten postopek za H iteracije (zaporedni koraki). In H je enaka širini bita ADC (poglejte prej navedene formule). Tako imamo čas, če je hitrost tehnike še posebej pomembna. Kljub precejšnji hitrosti je za te naprave značilna nizka statična napaka.

Analogno-digitalni pretvorniki z uravnoteženim polnjenjem (delta-sigma)

To je najbolj zanimiva vrsta naprave, nenazadnje zaradi načina delovanja. Sestoji iz dejstva, da se vhodna napetost primerja s tistim, kar je zbiral integrator. Vhodni vhod impulzov z negativno ali pozitivno polarnostjo (vse je odvisno od rezultata predhodne operacije). Tako je mogoče reči, da je tak analogno-digitalni pretvornik preprost sistem sledenja. Ampak to je le primer primerjave, tako da lahko razumete, kaj je delta-sigma ADC. Načelo delovanja je sistem, vendar za učinkovito delovanje tega analogno-digitalnega pretvornika ni dovolj. Končni rezultat je neskončni tok enot in ničel, ki gre skozi digitalni LPF. Od teh se oblikuje določeno bitno zaporedje. Razlikujejo se med pretvorniki ADC iz prvega in drugega naročila.

Vgrajeni analogno-digitalni pretvorniki

To je zadnji poseben primer, ki ga bomo obravnavali v okviru članka. Nato bomo opisali načelo delovanja teh naprav, vendar na splošno. Ta ADC je analogno-digitalni pretvornik s push-pull integracijo. Podobno napravo lahko najdete v digitalnem multimeteru. In to ni presenetljivo, saj zagotavljajo visoko natančnost in hkrati dobro zatreti motnje.

Zdaj pa se osredotočimo na njegovo načelo dela. Sestoji iz tega, da vhodni signal kondenzator polni za določen čas. Običajno je to obdobje enota omrežne frekvence, ki napravo napaja (50 Hz ali 60 Hz). Lahko je tudi večkratnik. Tako je visokofrekvenčni hrup potisnjen. Hkrati izenačili vpliv nestabilna napetost vir napajanja z električno energijo na točnost rezultata.

Ko konča čas polnjenja analogno-digitalnega pretvornika, se kondenzator začne izpuščati s določeno fiksno hitrostjo. Notranji števec naprave šteje število impulzov ure, ki se generirajo med tem procesom. Tako je daljši časovni interval, bolj pomembni so kazalniki.

ADC-ji integracije push-pull imajo visoko natančnost in reševanje moči. Zahvaljujoč temu in tudi sorazmerno enostavni strukturi gradnje se izvajajo kot čipi. Glavna pomanjkljivost tega načela dela je odvisnost od kazalnika omrežja. Ne pozabite, da so njegove zmogljivosti vezane na trajanje obdobja pogostosti napajanja.

Evo, kako deluje ADC za dvojno integracijo. Načelo delovanja te naprave, čeprav je precej zapleteno, vendar zagotavlja kakovostne kazalnike. V nekaterih primerih je to preprosto potrebno.

Izberite AIC z načelom dela, ki ga potrebujemo

Recimo, da se spopadamo z določeno nalogo. Kako izbrati napravo, tako da bo lahko zadovoljila vse naše zahteve? Najprej govorimo o ločljivosti in natančnosti. Zelo pogosto so zmedeni, čeprav so v praksi zelo šibko odvisni od enega od drugega. Ne pozabite, da ima 12-bitni analogno-digitalni pretvornik manj natančnost kot 8-bitna. V tem primeru je resolucija merilo, koliko se segmentov lahko izvleče iz vhodnega območja izmerjenega signala. Torej, 8-bitni ADC imajo 2^{8. mesto}= 256 takšnih enot.

Točnost je celoten odmik dobljene pretvorbe iz idealne vrednosti, ki mora biti za določeno vhodno napetost. To pomeni, da prvi parameter označuje potencialne zmogljivosti ADC, drugi pa kaže, kaj imamo v praksi. Zato lahko pristopimo k enostavnejšemu tipu (na primer neposrednim analogno-digitalnim pretvornikom), ki bo zaradi visoke natančnosti zadovoljil potrebe.

Če želite predstaviti, kaj je potrebno, morate najprej izračunati fizične parametre in zgraditi matematično formulo za interakcijo. Pomembno v njih so statične in dinamične napake, saj bodo pri uporabi različnih sestavnih delov in načel izgradnje naprave imeli različne učinke na njegove značilnosti. Podrobnejše informacije najdete v tehnični dokumentaciji, ki jo ponuja proizvajalec posamezne naprave.

Primer:

Oglejmo si ADC SC9711. Načelo delovanja te naprave je zapleteno zaradi svoje velikosti in zmogljivosti. Mimogrede, ko govorimo o slednjem, je treba omeniti, da so resnično raznoliki. Tako se na primer pogostost možnega dela giblje od 10 Hz do 10 MHz. Z drugimi besedami, to lahko naredi 10 milijonov štetja na sekundo! In naprava sama ni nekaj integralnega, ampak ima modularno zgradbo konstrukcije. Vendar se uporablja, praviloma, v zapleteni tehniki, kjer je potrebno delati z velikim številom signalov.

Zaključek

Kot vidite, imajo ADC v osnovi različne načine dela. To nam omogoča, da izberemo naprave, ki ustrezajo zahtevam, ki se pojavijo, in hkrati omogočimo pametno uporabo razpoložljivih sredstev.