Γενική αρχή της λειτουργίας του ADC

Ας δούμε την κύρια γκάμα των θεμάτων που μπορεί να αποδοθεί στην αρχή της αναλογικό σε ψηφιακό μετατροπείς (ΠΑΧ) διαφόρων τύπων. Υπόψη διαδοχικά, διαδοχικές εξισορρόπησης - τι κρύβεται πίσω από αυτές τις λέξεις; Ποια είναι η αρχή λειτουργίας του ADC του μικροελεγκτή; Αυτά και άλλα θέματα που θα συζητηθούν στο πλαίσιο του άρθρου. Οι τρεις πρώτοι θα είναι αφιερωμένη στη γενική θεωρία, και ο τέταρτος υπότιτλος θα μελετήσει πώς λειτουργούν. Μπορείτε να συναντήσετε διάφορα λογοτεχνία ADC και DAC όρους. Η αρχή της λειτουργίας αυτών των συσκευών είναι ελαφρώς διαφορετική, γι 'αυτό μην τα συγχέουμε. Έτσι, το αντικείμενο θα πρέπει να θεωρείται η μετατροπή των σημάτων από αναλογικό σε ψηφιακό, ενώ ο DAC λειτουργεί σε αντίστροφη.

ορισμός

Πριν από την εξέταση της αρχής του ADC, ας μάθουμε τι η συσκευή είναι. Μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό είναι συσκευές που η φυσική ποσότητα μετατρέπεται σε ένα αντίστοιχο αριθμητικό αναπαράσταση. Η αρχική παράμετρος μπορεί να λειτουργήσει σχεδόν τίποτα - ρεύμα, τάση, χωρητικότητα, αντίσταση, η περιστροφή του άξονα, η συχνότητα των παλμών και ούτω καθεξής. Αλλά για να έχουν βεβαιότητα, θα συνεργαστούμε με μόνο μία μετατροπή. Αυτή η «τάση κώδικα». Η επιλογή αυτής της μορφής εργασίας δεν είναι τυχαία. Μετά το ADC (η αρχή λειτουργίας της συσκευής) και των λειτουργιών του εξαρτώνται από το είδος της έννοιας της μέτρησης χρησιμοποιείται σε μεγάλο βαθμό. Αυτό αναφέρεται στη διαδικασία της σύγκρισης μία ορισμένη τιμή με ένα προηγουμένως καθιερωμένο πρότυπο.

χαρακτηριστικά ADC

Το κύριο bit μπορεί να ονομαστεί, και το ποσοστό μετατροπής. Πρώτη εκφράζεται σε bit, και το δεύτερο - σε δείγματα μια δεύτερη. Σύγχρονη αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπείς μπορεί να έχουν 24-bit ή η ταχύτητα μετατροπής, η οποία έρχεται σε μονάδες GSPS. Σημειώστε ότι η ADC μπορεί ταυτόχρονα σας παρέχει την χρήση ενός μόνο από τα χαρακτηριστικά του. Η μεγαλύτερη απόδοσή τους, τόσο πιο δύσκολο να εργαστεί με τη συσκευή, και είναι πιο ακριβά από μόνη της. Όμως, το όφελος μπορεί να είναι να αποκτήσουν την απαραίτητη απόδοση βάθος bit θυσιάζοντας την ταχύτητα του μέσου.

τύπους ADC

Αρχή της λειτουργίας ποικίλλει μεταξύ των διαφόρων ομάδων των συσκευών. Θεωρούμε τους ακόλουθους τύπους:

1. Από άμεση μετατροπή.
2. Με διαδοχικές προσέγγιση.
3. Με ένα παράλληλο μετασχηματισμό.
4. Αναλογικό-ψηφιακό μετατροπέα με ένα φορτίο εξισορρόπησης (δέλτα-σίγμα).
5. Η ενσωμάτωση ADC.

Υπάρχουν πολλά άλλα είδη μεταφοράς και σε συνδυασμό, τα οποία έχουν τα δικά τους ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των διαφόρων αρχιτεκτονικής. Αλλά αυτά τα δείγματα, τα οποία θα πρέπει να εξεταστεί στο πλαίσιο των άρθρων έχουν ενδιαφέρον, διότι διαδραματίσει υποδειγματικό ρόλο στην εξειδικευμένη συσκευές της αυτή την ιδιαιτερότητα. Έτσι, ας εξετάσουμε την αρχή του ADC, καθώς και την εξάρτησή της από τη φυσική συσκευή.

Απευθείας αναλογική στην ψηφιακή μετατροπείς

Έχουν γίνει αρκετά δημοφιλής στα 60-70-ες του περασμένου αιώνα. Με τη μορφή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων παράγονται με 80s. Είναι πολύ απλό, ακόμη και πρωτόγονες συσκευές που δεν μπορεί να επαίρεται για σημαντικά στοιχεία. Η χωρητικότητά τους είναι τυπικά 6-8 bits, και η ταχύτητα σπάνια υπερβαίνει το 1 GSPS.

Η αρχή της λειτουργίας αυτού του τύπου ADC είναι ότι στις συν εισόδους του σήματος εισόδου σύγκρισης ταυτόχρονα. Από την αρνητική τάση τερματικό είναι μια ορισμένη τιμή. Και τότε η συσκευή καθορίζει τη λειτουργία του. Αυτό γίνεται χάρη στην τάση αναφοράς. Ας υποθέσουμε ότι έχουμε μια συσκευή όπου 8 σύγκρισης. Κατά τη σίτιση ½ της τάσης αναφοράς ενεργοποιείται μόνο 4 από αυτά. Ο κωδικοποιητής προτεραιότητας που σχηματίζεται δυαδικό κώδικα, το οποίο είναι καταχωρητή εξόδου και μάνδαλα. Σχετικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα μπορούμε να πούμε ότι αυτή η αρχή της λειτουργίας σας επιτρέπει να δημιουργήσετε τις συσκευές υψηλής ταχύτητας. Αλλά για να αποκτήσει το απαιτούμενο μήκος λέξης έχει να ιδρώτα σε μεγάλο βαθμό.

Ο γενικός τύπος για τον αριθμό των συγκριτών είναι ως εξής: 2 ^ Ν Κάτω από το Ν είναι απαραίτητο να τεθεί το αριθμό ψηφίων. Είδαν προηγούμενο παράδειγμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ξανά: 2 ^ 3 = 8. Μερικό σύνολο για την τρίτη εκκένωσης πρέπει να είναι 8 σύγκρισης. Αυτή είναι η αρχή του ADC, τα οποία δημιουργήθηκαν για πρώτη φορά. Δεν είναι πολύ βολικό, έτσι ώστε στη συνέχεια υπήρχαν και άλλα αρχιτεκτονικής.

Αναλογικές-προς-ψηφιακούς μετατροπείς, διαδοχικών προσεγγίσεων

αλγόριθμο «στάθμιση» χρησιμοποιείται εδώ. Συντομεύσει συσκευές που λειτουργούν σε μια τέτοια διαδικασία, που αναφέρεται απλά ως ADC διαδοχικών λογαριασμών. Η αρχή λειτουργίας είναι η εξής: η συσκευή μετράται από το σήμα εισόδου, και στη συνέχεια συγκρίνεται με τους αριθμούς, τα οποία παράγονται σύμφωνα με έναν ορισμένο διαδικασία:

1. Σετ δυνατόν το ήμισυ η τάση αναφοράς.
2. Αν το όριο μεγέθους του σήματος ξεπεράσει το ταξίδι №1, συγκρίνεται με τον αριθμό που βρίσκεται στη μέση μεταξύ της υπόλοιπης αξίας. Έτσι, στην περίπτωσή μας θα είναι ¾ της τάσης αναφοράς. Αν το σήμα αναφοράς υπολείπεται αυτού του σχήματος, η σύγκριση θα πρέπει να διεξαχθεί με ένα άλλο τμήμα του διαστήματος από την ίδια αρχή. Σε αυτό το παράδειγμα, ¼ της τάσης αναφοράς.
3. Βήμα 2 πρέπει να επαναληφθεί n φορές, το οποίο θα μας δώσει τα Ν bits του αποτελέσματος. Αυτό οφείλεται στη συμπεριφορά του Ν αριθμού των συγκρίσεων.

Αυτή η αρχή της συσκευής επιτρέπει να ληφθεί με σχετική υψηλό ποσοστό μετατροπής, οι οποίες είναι διαδοχικές ADCs προσέγγιση. Η αρχή λειτουργίας του, όπως μπορείτε να δείτε, απλά, και αυτές οι συσκευές είναι ιδανικά για διάφορες περιπτώσεις.

Παράλληλη αναλογικό-προς-ψηφιακό μετατροπείς

Λειτουργούν σαν μια σειριακή συσκευή. Τύπος υπολογισμού - (2 ^ n) -1. Για την περίπτωση θεωρείται παρελθόν, χρειαζόμαστε (2 ^ 3) -1 σύγκρισης. Για τη λειτουργία χρησιμοποιώντας μια συγκεκριμένη σειρά από αυτές τις συσκευές, καθεμία από τις οποίες μπορεί να συγκρίνει την είσοδο και την ατομική τάσης αναφοράς. Παράλληλη αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπείς είναι αρκετά γρήγορες συσκευές. Αλλά η αρχή της κατασκευής αυτών των συσκευών είναι ότι για να υποστηρίξουν την αποτελεσματικότητά τους απαιτεί σημαντική ισχύ. Ως εκ τούτου, η χρήση τους σε μπαταρίες ακατάλληλη.

Ο αναλογικός προς ψηφιακό μετατροπέα με τις διαδοχικές εξισορρόπησης

Λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως η προηγούμενη διάταξη. Ως εκ τούτου, προκειμένου να εξηγήσει τη λειτουργία των διαδοχικών εξισορρόπηση ADC, η αρχή λειτουργίας για αρχάριους θα πρέπει να θεωρείται κυριολεκτικά στα δάχτυλα. Σ 'αυτές τις συσκευές που βασίζονται στο φαινόμενο του διχοτόμηση. Με άλλα λόγια, η σειριακή σύγκριση πραγματοποιείται μετρούμενη τιμή με ένα ορισμένο τμήμα της μέγιστης τιμής. Μπορεί να πάρει τιμές ½, 1/8, 1/16 και ούτω καθεξής. Ως εκ τούτου, αναλογικό-προς-ψηφιακό μετατροπέα μπορεί να εκτελέσει τη διαδικασία για την N επαναλήψεις (διαδοχικά βήματα). Όπου το Ν ισούται με τον ADC bit (δείτε τις προηγουμένως ανωτέρω τύπους). Έτσι, έχουμε μια σημαντική αύξηση στο χρόνο, αν είναι ιδιαίτερα σημαντική τεχνική απόδοση. Παρά τη σημαντική ταχύτητα, αυτές οι συσκευές χαρακτηρίζονται επίσης από χαμηλή στατική σφάλμα.

Αναλογικές-προς-ψηφιακούς μετατροπείς με εξισορρόπησης φορτίου (δέλτα-σίγμα)

Είναι το πιο ενδιαφέρον είδος της συσκευής, αν μη τι άλλο λόγω της αρχής λειτουργίας του. Συνίσταται από το ότι οι τάσεις εισόδου σύγκριση, έτσι ώστε η συσσωρευμένη ολοκληρωτή. Εισάγονται παλμοί με αρνητική ή θετική πολικότητα (εξαρτάται από το αποτέλεσμα της προηγούμενης λειτουργίας). Έτσι, μπορούμε να πούμε ότι μια τέτοια αναλογικό σε ψηφιακό μετατροπέα είναι ένα απλό σύστημα παρακολούθησης. Αλλά αυτό είναι μόνο ένα παράδειγμα για σύγκριση, ώστε να μπορείτε να καταλάβετε ποια είναι η δέλτα-σίγμα ADC. Αρχή του λειτουργικού συστήματος, αλλά και για την αποτελεσματική λειτουργία του μετατροπέα αναλογικού σήματος σε ψηφιακό δεν είναι αρκετό. Το τελικό αποτέλεσμα είναι μια ατελείωτη ροή των μονάδων και μηδενικών, η οποία περνά μέσα από ένα ψηφιακό φίλτρο χαμηλής διέλευσης. Αποτελούν μια ορισμένη ακολουθία δυαδικών ψηφίων. Διακρίνουν μετατροπείς ADC της πρώτης και δεύτερης τάξης.

Ολοκλήρωση αναλογικό σε ψηφιακό μετατροπέα

Αυτή είναι μια ειδική περίπτωση του τελευταίου, η οποία θα πρέπει να θεωρείται ως μέρος του άρθρου. Στη συνέχεια, θα περιγράψουμε τη λειτουργία αυτών των συσκευών, αλλά σε γενικό επίπεδο. Αυτή η ADC είναι αναλογικό σε ψηφιακό μετατροπέα με την ένταξη push-pull. Για να ανταποκριθεί μια τέτοια συσκευή μπορεί να είναι ένα ψηφιακό πολύμετρο. Και αυτό δεν αποτελεί έκπληξη, επειδή παρέχουν υψηλή ακρίβεια και την ίδια στιγμή και την καταστολή παρεμβολών.

Τώρα, ας επικεντρωθεί στην αρχή της λειτουργίας του. Αυτό έγκειται στο γεγονός ότι ο πυκνωτής εισόδου χρεώνεται για ορισμένο χρονικό διάστημα. Τυπικά, αυτή η περίοδος είναι μια από συχνότητας ρεύματος που αρμοδιότητες της συσκευής (50 Hz ή 60 Hz). Μπορεί επίσης να είναι πολλαπλάσιο. Έτσι, ο θόρυβος υψηλής συχνότητας καταστέλλεται. Ταυτόχρονα ισοπέδωσε την επιρροή ασταθής πηγή τάσης του ηλεκτρικού ρεύματος για την ακρίβεια του αποτελέσματος.

Όταν ο χρόνος φόρτισης τελειώνει αναλογικό-ψηφιακό μετατροπέα, ο πυκνωτής αρχίζει να απαλλάξει με μια συγκεκριμένη σταθερή ταχύτητα. Εσωτερική συσκευή μετρητής μετρά τον αριθμό των παλμών ρολογιού που δημιουργούνται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας. Έτσι, όσο μεγαλύτερη είναι η χρονικό διάστημα, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση.

ενσωμάτωση twostroke ADC έχουν υψηλή ακρίβεια και ανάλυση. Λόγω αυτού, καθώς και την κατασκευή ενός σχετικά απλή δομή, που εκτελούνται ως chip. Το κύριο μειονέκτημα μιας τέτοιας αρχής της εργασίας - ανάλογα με το δίκτυο απόδοση. Να θυμάστε ότι οι δυνατότητες της είναι δεμένα με τη διάρκεια της περιόδου παροχής ηλεκτρικού ρεύματος συχνότητας.

Εδώ είναι το πώς η διπλή ενσωμάτωση ADC. Η αρχή λειτουργίας της συσκευής, ακόμη κι αν είναι αρκετά περίπλοκη, αλλά παρέχει τους δείκτες ποιότητας. Σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτό είναι απλά απαραίτητη.

Επιλέξτε APC μας με την απαραίτητη αρχή της

Ας πούμε, βρισκόμαστε αντιμέτωποι με μια συγκεκριμένη εργασία. Ποιο να επιλέξετε τη συσκευή έτσι ώστε να μπορεί να καλύψει όλες τις ανάγκες μας; Κατ 'αρχάς, ας μιλήσουμε για την ανάλυση και την ακρίβεια. Πολύ συχνά βρίσκονται σε σύγχυση, αν και στην πράξη είναι πολύ εξαρτάται ασθενώς στο δεύτερο. Σημειώστε ότι 12-bit αναλογικό σε ψηφιακό μετατροπέα μπορεί να είναι λιγότερο ακριβή από την 8-bit. Σε αυτή την περίπτωση, το ψήφισμα - είναι ένα μέτρο της ποσότητας των τμημάτων μπορεί να διατεθεί στο μετρούμενο εύρος σήματος εισόδου. Ετσι, 8-bit ADC διαθέτουν ² Αυγ = 256 τέτοιες μονάδες.

Ακρίβεια - είναι το συνολικό αποτέλεσμα μετατροπής που προκύπτει απόκλιση από τις ιδανικές τιμές, οι οποίες θα πρέπει να είναι σε μια δεδομένη τάση εισόδου. Δηλαδή, η πρώτη παράμετρος που χαρακτηρίζει τις δυνατότητες που έχει το ADC, και η δεύτερη δείχνει τι έχουμε στην πράξη. Ως εκ τούτου, μπορούμε να εντείνουν και πιο απλός τύπος (για παράδειγμα, άμεση αναλογικό σε ψηφιακό μετατροπείς), το οποίο θα πληροί τις απαιτήσεις λόγω της υψηλής ακρίβειας της.

Για να έχετε μια ιδέα για το τι χρειάζεται για να αρχίσουν να υπολογίζουν τις φυσικές παραμέτρους και να κατασκευάσει ένα μαθηματικό τύπο αλληλεπίδρασης. Σημαντικό είναι στατικά και δυναμικά λάθη, γιατί όταν χρησιμοποιούν τα διάφορα στοιχεία και τις αρχές της κατασκευής της συσκευής θα έχουν διαφορετικό αντίκτυπο στην απόδοσή του. Αναλυτικότερες πληροφορίες μπορείτε να βρείτε στην τεχνική τεκμηρίωση που προσφέρονται από τον κατασκευαστή του κάθε συγκεκριμένης συσκευής.

παράδειγμα

Ας δούμε το SC9711 ADC. Η αρχή λειτουργίας αυτής της συσκευής είναι πολύπλοκη λόγω του μεγέθους και της ικανότητάς της. Μιλώντας για το τελευταίο, θα πρέπει να σημειωθεί ότι είναι πραγματικά διαφορετικές. Έτσι, για παράδειγμα, δυνατή συχνότητα λειτουργίας κυμαίνεται από 10 Ηζ έως 10 ΜΗζ. Με άλλα λόγια, μπορεί να κάνει 10 εκατομμύρια δείγματα ανά δευτερόλεπτο! Και η ίδια η συσκευή δεν είναι κάτι στερεό, και έχει μια σπονδυλωτή κατασκευή της δομής. Αλλά συνήθως χρησιμοποιείται σε σύνθετες εφαρμογές, όπου θα πρέπει να συνεργαστεί με ένα μεγάλο αριθμό σημάτων.

συμπέρασμα

Όπως μπορείτε να δείτε, ΚΔΚ έχουν εγγενώς διαφορετικές αρχές λειτουργίας. Αυτό μας επιτρέπει να επιλέξετε τη συσκευή που θα ικανοποιήσουν τις ανάγκες που προκύπτουν και έτσι να επιτρέψει λογική χρήση των διαθέσιμων πόρων.