Parimi i përgjithshëm i funksionimit të ADC

Le të shikojmë në varg kryesore e çështjeve që mund t'i atribuohet me parimin e analog-to-digital converters (ADCs) të llojeve të ndryshme. Llogaria vazhdues, balancimin njëpasnjëshme - çfarë qëndron pas këtyre fjalëve? Çfarë është parimi i punës i ADC të microcontroller? Këto dhe çështje të tjera do të diskutohen në kuadrin e artikullit. Tre të parët do të jenë të përkushtuar për teorinë e përgjithshme, dhe subtitle katërt do të studiojë se si ata punojnë. Ju mund të takohen të ndryshme ADC letërsi dhe DAC kushtet. Parimi i funksionimit të këtyre pajisjeve është paksa e ndryshme, kështu që nuk do ngatërruar ato. Kështu, neni do të konsiderohet konvertimin e sinjaleve nga analog në dixhital, ndërsa DAC punon në të kundërt.

përcaktim

Para se të marrë parasysh parimin e ADC, le të gjetur se çfarë pajisje është. Analog në dixhital converters janë pajisje që sasia fizike është konvertuar në një përfaqësim përkatës numerik. Parametri fillestar mund të veprojë pothuajse çdo gjë - aktuale, tension, vëllim, rezistenca, rrotullimin e bosht, norma impuls dhe kështu me radhë. Por në mënyrë që të ketë siguri, ne do të punojmë me vetëm një konvertim. Kjo "tension kod". Zgjedhja e këtij formati të punës nuk është e rastësishme. Pas ADC (Parimi i funksionimit të kësaj pajisje) dhe karakteristikat e tij janë kryesisht të varura nga çfarë lloj të konceptit të matjes është përdorur. Kjo i referohet procesit të krahasimit një vlerë të caktuar me një standard të përcaktuar më parë.

Karakteristikat ADC

Pak kryesor mund të quhet, dhe shkalla e konvertimit. shprehur për herë të parë në copa, dhe e dyta - në mostrat e një të dytë. Moderne analog-to-digital converters mund të ketë 24-bit ose shpejtësia e konvertimit, e cila vjen për njësi GSPS. Vini re se ADC të njëjtën kohë mund të ju japin me përdorimin e vetëm një prej karakteristikave të tij. Performanca e madhe e tyre, aq më e vështirë për të punuar me pajisjen, dhe kjo në vetvete është më e shtrenjtë. Por përfitimi mund të jetë për të marrë të nevojshme performancën bit thellësi duke sakrifikuar shpejtësinë e instrumentit.

llojet ADC

Parimi i funksionimit ndryshon në mesin e grupeve të ndryshme të pajisjeve. Ne e konsiderojmë llojet e mëposhtme:

1. Që nga konvertimi i drejtpërdrejtë.
2. Me përafrimit të njëpasnjëshme.
3. Me një transformim paralele.
4. Analog-to-digital converter me një pagesë balancues (delta-sigma).
5. Integrimi ADC.

Ka shumë lloje të tjera të transportues dhe të kombinuara, të cilat kanë karakteristikat e tyre të veçanta të arkitekturës të ndryshme. Por ato mostra, të cilat do të shqyrtohen në kuadrin e artikujve janë me interes për shkak se ata luajnë një rol shembullor në pajisjet e saj të ngrohtë specificiteti i tillë. Pra, le të shqyrtojmë parimin e ADC, si dhe varësinë e tij në pajisjen fizike.

Analog Direct në dixhital converters

Ata kanë bërë mjaft popullore në 60-70-ta të shekullit të kaluar. Në formën e qarqeve të integruara janë prodhuar me '80. Është shumë e thjeshtë, madje edhe pajisje primitive që nuk mund të mburremi e figurave të rëndësishme. kapaciteti i tyre është zakonisht 6-8 bit, dhe shpejtësia rrallë i kalon 1 GSPS.

Parimi i funksionimit të këtij lloji të ADC është se në inputet plus të krahasuara sinjal input të njëjtën kohë. Në tensionit negative terminal është një vlerë të caktuar. Dhe pastaj pajisja përcakton veprimtarinë e saj. Kjo është bërë në sajë të tensionit referent. Le të supozojmë se kemi një pajisje ku 8 krahasuese. Kur ushqyer ½ e tensionit referent është aktivizuar vetëm 4 prej tyre. Prioriteti encoder formuar kodin binar, i cili është regjistër prodhimit dhe shulat. anët e forta dhe dobësitë relative mund të thuhet se ky parim i operacionit ju lejon të krijoni pajisje me shpejtësi të lartë. Por për të marrë gjatësinë e kërkuar fjalën ka për të djerse rëndë.

Formula e përgjithshme per numrin e krahasuara si vijon: 2 ^ N. Nën N është e nevojshme për të vënë numrin e shifrave. Shihet shembulli i mëparshëm mund të përdoret përsëri: 2 ^ 3 = 8. Nëntotali për shkarkimin e tretë duhet të jetë 8 krahasuese. Ky është parimi i ADC, të cilat janë krijuar për herë të parë. Jo shumë i përshtatshëm, kështu që më pas ka qenë arkitektura të tjera.

Analog-to-dixhital converters, përafrimi njëpasnjëshme

algorithm "koeficient" është përdorur këtu. Shkurtojnë pajisje të veprojnë në një procedurë të tillë, të referuara thjesht si faturat e njëpasnjëshme ADC. Parimi i operacionit është si vijon: pajisja matet me sinjal input, dhe pastaj ajo është krahasuar me numrat, të cilat janë të krijuara sipas një procedure të caktuar:

1. Grupe të gjysmës së mundshme të tensionit të referencës.
2. Nëse afati sinjali madhësia kapërcyer udhëtim №1, ai është krahasuar me një numër i cili shtrihet në mes të rrugës në mes të vlerës së mbetur. Pra, në rastin tonë do të jetë ¾ e tensionit të referencës. Nëse sinjali referencë bie të shkurtër të kësaj shifre, krahasimi do të bëhet me një tjetër pjesë e intervalit me të njëjtin parim. Në këtë shembull, ¼ e tensionit të referencës.
3. Hapi 2 duhet të përsëritet herë N, e cila do të na japë bit N e rezultatit. Kjo është për shkak të sjelljes së N numrit të krahasimeve.

Ky parim i aparatit lejon që të marrë me shkallë relative konvertimit të lartë, të cilat janë ADCs përafrimit të njëpasnjëshme. Parimi i funksionimit, si ju mund të shihni, i thjeshtë, dhe këto pajisje janë ideale për një sërë rastesh.

Paralelisht analog-to-digital converters

Ata punojnë si një pajisje serial. Llogaritja formula - (2 ^ n) -1. Për rastin konsideruar më parë, ne kemi nevojë (2 ^ 3) -1 krahasuesve. Për funksionimin duke përdorur një grup të veçantë të këtyre pajisjeve, secila prej të cilave mund të krahasoni të dhëna dhe tensionit individuale referencës. Paralele analog-to-digital converters janë pajisje mjaft të shpejtë. Por parimi i ndërtimit të këtyre pajisjeve është se për të mbështetur efikasitetin e tyre kërkon fuqi të ndjeshme. Prandaj, përdorimi i tyre në bateri-powered papërshtatshme.

Analog-to-digital converter me balancimin njëpasnjëshme

Ajo operon në një mënyrë të ngjashme si pajisjen e mëparshëm. Prandaj, në mënyrë që të shpjegojë funksionimin e ADC njëpasnjëshme balancues, parimi i funksionimit për fillestar do të konsiderohen fjalë për fjalë në gishta. Në këto pajisje të bazuar në fenomenin e dikotomisë. Me fjalë të tjera, krahasimi serial kryhet vlerë matet me një pjesë të caktuar të vlerës maksimale. Mund të marrë vlerat ½, 1/8, 1/16 dhe kështu me radhë. Prandaj, analog-to-digital converter mund të kryejnë procesin për iterations N (hapa të njëpasnjëshme). Ku n është e barabartë me bit ADC (shikoni në formulat e parë e mësipërme). Kështu, ne kemi një fitim të konsiderueshme në kohë, në qoftë se ajo është teknikë veçanërisht e rëndësishme të performancës. Pavarësisht shpejtësi të konsiderueshme, këto pajisje karakterizohen edhe nga gabimi i ulët statike.

Analog-to-dixhital converters me pagesë balancimin (delta-SIGMA)

Kjo është lloji më interesante të pajisjes, jo më pak për shkak të parimit të saj operativ. Ajo konsiston në se tensione të dhëna janë krahasuar në mënyrë që integrues akumuluar. Janë pulses të dhëna me një polaritetit negativ ose pozitiv (kjo varet nga rezultati i operacionit të mëparshëm). Kështu, ne mund të themi se një converter tillë analog-to-digital është një sistem i thjeshtë ndjekja. Por kjo është vetëm një shembull për krahasim, kështu që ju mund të kuptoni se çfarë delta-SIGMA ADC. Parimi i sistemit të operimit, por për funksionimin efektiv të converter analog-to-digital nuk është e mjaftueshme. Rezultati përfundimtar është një lumë i pafund nga ato dhe zero, e cila kalon nëpër një filtër dixhitale të ulët-pass. Ata formojnë një sekuencë të caktuar bit. Dalluar converters ADC të rendit të parë dhe të dytë.

Integrimi analog-to-digital converter

Ky është një rast i veçantë i këtij të fundit, e cila do të konsiderohet si pjesë e artikullit. Tjetra, ne do të përshkruajnë funksionimin e këtyre pajisjeve, por në një nivel të përgjithshëm. Kjo ADC është analog-to-digital converter me integrimin push-pull. Për të përmbushur një pajisje të tillë mund të jetë një multimeter dixhitale. Dhe kjo nuk është për t'u habitur, sepse ato ofrojnë saktësi të lartë dhe në të njëjtën kohë edhe të shtypur ndërhyrje.

Tani le të përqëndrohet në parimin e saj të funksionimit. Ajo qëndron në faktin se kondensator input është akuzuar për një kohë të caktuar. Në mënyrë tipike, kjo periudhë është një frekuencë rrjeti cila Fuqitë pajisjes (50 Hz ose 60 Hz). Ajo gjithashtu mund të jetë një shumëfish. Kështu, zhurma frekuencë të lartë është i shtypur. Njëkohësisht barazoi ndikim paqëndrueshme burim energjie e tensionit të energjisë elektrike në saktësinë e rezultatit.

Kur koha ngarkuar përfundon analog-dixhital converter, kondensator fillon të kryejë me një shpejtësi të caktuar fikse. Pajisja counter brendshëm numëron numrin e pulses orën cilat janë të krijuara gjatë këtij procesi. Kështu, sa më gjatë të intervali kohor, aq më i madh performance.

twostroke Integrimi ADC kanë saktësi të lartë dhe zgjidhje. Për shkak të kësaj, si dhe ndërtimin e një strukture relativisht e thjeshtë, ata janë ekzekutuar si një çip. Pengesë kryesore e një parimi të tillë të punës - në varësi të rrjetit të performancës. Mos harroni se kapacitetet e saj janë të lidhura me kohëzgjatjen e periudhës së frekuencave furnizimit me energji elektrike.

Ja se si integrimi ADC dyfishtë. Parimi i funksionimit të pajisjes edhe pse ajo është mjaft komplekse, por ajo jep treguesit e cilësisë. Në disa raste, kjo është thjesht e domosdoshme.

Zgjidhni APC na me parimin e nevojshme të

Le të themi, ne jemi ballafaquar me një detyrë të veçantë. Të cilat për të zgjedhur pajisjen në mënyrë që ajo mund të plotësojë të gjitha nevojat tona? Së pari, le të flasim për zgjidhjen dhe saktësi. Shumë shpesh ata janë të hutuar, edhe pse në praktikë ata janë shumë të dobët të varur në një të dytë. Vini re se 12-bit analog-to-digital converter mund të jetë më pak i saktë se 8-bit. Në këtë rast, zgjidhja - është një masë e sasisë së segmenteve mund të ndahen në varg matur input sinjal. Kështu, 8-bit ADC posedojnë August ² = 256 njësi të tilla.

Saktësi - është rezultati i përgjithshëm konvertimit marrë devijim nga vlerat ideale, e cila duhet të jetë në një tension të caktuar input. Kjo është, parametri i parë karakterizon potencialin që ka ADC, dhe e dyta tregon atë që ne kemi në praktikë. Prandaj, ne mund të rritur dhe tipi më e thjeshtë (për shembull, direkte analog-to-digital converters), të cilat do të plotësojnë kërkesat për shkak të saktësinë e saj të lartë.

Për të pasur një ide të asaj që duhet për të filluar për të llogaritur parametrat fizike dhe të ndërtojnë një formulë matematikore të ndërveprimit. Të rëndësishme janë gabime statike dhe dinamike, sepse kur duke përdorur komponente të ndryshme dhe parimet e ndërtimit të pajisjes që do të ketë ndikim të ndryshëm në punën e saj. Më shumë informacion të detajuar mund të gjenden në dokumentacionin teknik të ofruar nga prodhuesi i çdo pajisje të veçantë.

shembull

Le të shikojmë në të SC9711 ADC. Parimi operativ i kësaj pajisje është komplekse, për shkak të madhësisë së tij dhe kapacitetit. Duke folur për këtë të fundit, duhet të theksohet se ata janë me të vërtetë të ndryshme. Kështu, për shembull, frekuenca e mundur operacion ndryshon nga 10 Hz deri në 10 MHz. Me fjalë të tjera, ajo mund të bëjë 10 milionë mostra për sekondë! Dhe pajisja në vetvete nuk është diçka e fortë, dhe ka një ndërtim modular të strukturës. Por ajo është përdorur zakonisht në aplikacionet komplekse ku ju duhet të punoni me një numër të madh të sinjaleve.

përfundim

Siç mund ta shikoni, ADCs në thelb kanë parime të ndryshme të operimit. Kjo na lejon për të zgjedhur pajisjen që do të kënaqë nevojat që dalin dhe kështu të lejojë përdorimin e arsyeshëm të burimeve në dispozicion.