General prinsipyo ng operasyon ng ADC

Tingnan natin ang mga pangunahing hanay ng mga isyu na maaaring maiugnay sa ang prinsipyo ng Let analog-to-digital converter (ADCs) ng mga iba't ibang mga uri. Sequential account, sunud-sunod na pagbabalanse - kung ano ang namamalagi sa likod ng mga salitang ito? Ano ang nagtatrabaho prinsipyo ng ADC ng microcontroller? Ang mga ito at iba pang mga isyu ay tinalakay sa ang balangkas ng artikulo. Ang unang tatlo ay nakatuon sa pangkalahatang teorya, at ang ikaapat subtitle ay pag-aralan kung paano sila gumagana. Maaari mong matugunan ang mga iba't-ibang panitikan ADC at DAC tuntunin. Ang prinsipyo ng operasyon ng mga aparatong ito ay bahagyang naiiba, kaya huwag lituhin ang mga ito. Kaya, ang mga artikulo ay maaaring isinasaalang-alang ang mga conversion ng signal mula sa analog sa digital, habang ang DAC ay gumagana sa reverse.

depinisyon

Bago isinasaalang-alang ang mga prinsipyo ng ADC, sabihin malaman kung ano ang aparato ay. Analog sa digital converter ay mga aparato na ang pisikal na dami ay convert sa isang kaukulang numeric representasyon. Ang unang parameter ay maaaring kumilos halos anumang bagay - kasalukuyang, boltahe, kapasidad, pakikibaka, pag-ikot ng baras, ang pulse rate at iba pa. Ngunit upang magkaroon ng katiyakan, kami ay gumagana sa mga lamang ng isang conversion. Ang "code boltahe". Ang pagpili ng format na ito sa trabaho ay hindi aksidenteng. Pagkatapos ng ADC (ang prinsipyo ng operasyon ng device na ito) at mga katangian nito ay higit sa lahat ay nakasalalay sa kung anong uri ng pagsukat konsepto ay ginagamit. Ito ay tumutukoy sa proseso ng paghahambing ng isang tiyak na halaga na may dati nang naitatag na pamantayan.

katangian ADC

Ang pangunahing bit ay maaaring tinatawag na, at ang mga rate ng conversion. Unang ipinahayag sa bits, at ang pangalawang - sa mga halimbawa ng isang segundo. Modern analog-to-digital converter ay maaaring magkaroon ng 24-bit o ang bilis ng conversion, na kung saan pagdating sa GSPS units. Tandaan na ang ADC ay maaaring sabay-sabay na magbigay sa iyo ang paggamit ng isa lamang sa kanyang mga katangian. Ang mas malaki ang kanilang pagganap, mas mahirap upang gumana sa ang aparato, at ito ay mas mahal ang sarili nito. Ngunit ang mga benepisyo ay maaaring makakuha ng mga kinakailangang pagganap bit depth sa pamamagitan ng sinasakripisyo ang bilis ng mga instrumento.

uri ADC

Prinsipyo ng operasyon ay nag-iiba sa iba't ibang mga grupo ng mga aparato. Isinasaalang-alang namin ang mga sumusunod na uri:

1. Dahil direct conversion.
2. Sa pamamagitan ng sunud-sunod approximation.
3. Sa pamamagitan ng isang parallel transformation.
4. Analog-to-digital converter na may isang balancing charge (delta-palatandaan).
5. Pagsasama ADC.

Mayroong maraming iba pang mga uri ng conveyor at pinagsama, na kung saan ay may sariling mga espesyal na katangian ng iba't ibang architecture. Ngunit ang mga samples, na kung saan ay isinasaalang-alang sa ang balangkas ng mga artikulo ng interes dahil ang play nila ang isang kapuri-puri papel sa kanyang niche na aparato tulad pagtitiyak. Kaya ipaalam sa amin suriin ang mga prinsipyo ng ADC, pati na rin ang kanyang pagtitiwala sa mga pisikal na aparato.

Direct analog sa digital converter

Sila ay naging ganap popular sa 60-70-ngian ng huling siglo. Sa anyo ng mga integrated circuits ay ginawa na may 80s. Ito ay napaka-simple, kahit primitive mga aparato na hindi maaaring ipinagmamalaki ng makabuluhang figure. Ang kanilang kapasidad ay karaniwang 6-8 bits, at ang bilis bihira lumampas sa 1 GSPS.

Ang prinsipyo ng operasyon ng ganitong uri ng ADC ay na sa plus input ng comparators input signal sabay-sabay. Sa negatibong terminal boltahe ay isang tiyak na halaga. At pagkatapos ay ang aparato nagtatakda operasyon nito. Ginagawa ito salamat sa reference na boltahe. Ipaalam sa amin ipagpalagay na kami ay may isang aparato na kung saan ang 8 comparators. Kapag pagpapakain ½ ng mga reference na boltahe Pinapagana lamang 4 ng mga ito. Ang priority encoder binuo binary code, na kung saan ay output magparehistro at latches. Kamag-anak kalakasan at kahinaan ay maaaring sinabi na ang prinsipyo ng operasyon ay nagbibigay-daan sa iyo upang lumikha ng mataas na bilis device. Ngunit upang makakuha ng mga kinakailangang haba ng salita ay may na pawis mabigat.

Ang pangkalahatang formula para sa bilang ng comparators ay ang mga sumusunod: 2 ^ N. Sa ilalim ng N ay kinakailangan upang ilagay ang bilang ng mga digit. Tiningnan nakaraang halimbawa ay maaaring gamitin muli: 2 ^ 3 = 8. Subtotal para sa mga third discharge ay dapat na 8 comparators. Ito ay ang prinsipyo ng ADC, na kung saan ay nilikha muna. Hindi masyadong maginhawa, kaya magkakasunod na mayroong iba pang mga arkitektura.

Analog-to-digital converter, sunud-sunod approximation

algorithm "weighting" ay ginagamit dito. Paikliin ang mga aparatong operating sa ganitong pamamaraan, tinutukoy lamang bilang ADC sunud-sunod na mga bill. Ang prinsipyo ng operasyon ay ang mga sumusunod: ang aparato ay nasusukat sa pamamagitan ng ang input signal, at pagkatapos ay ito ay kumpara sa mga numero, na kung saan ay nabuo ayon sa isang tiyak na pamamaraan:

1. Mga hanay ng mga posibleng ang kalahati ng mga reference na boltahe.
2. Kung ang signal magnitude limitasyon pagtagumpayan trip №1, ito ay kumpara na may isang numero na kung saan ay namamalagi sa pagitan sa pagitan ng mga natitirang halaga. Kaya, sa aming kaso ito ay ¾ ng reference na boltahe. Kung ang reference signal ay bumaba maikling ng mga ito tayahin, ang paghahambing ay dapat isagawa na may isa pang bahagi ng agwat sa pamamagitan ng parehong prinsipyo. Sa halimbawang ito, ¼ ng reference na boltahe.
3. Hakbang 2 ay dapat na paulit-ulit n beses, na kung saan ay magbibigay sa amin ang N bits ng resulta. Ito ay dahil sa pag-uugali ng N na bilang ng mga paghahambing.

Ang alituntuning ito ng mga patakaran ng pamahalaan ay nagbibigay-daan upang makakuha ng may kamag-anak ng mataas na rate ng conversion, na kung saan ay sunud-sunod approximation ADCs. Ang prinsipyo ng operasyon, tulad ng maaari mong makita, simple, at mga aparatong ito ay perpekto para sa isang iba't ibang mga okasyon.

Parallel analog-to-digital converter

Gumagana ang mga ito tulad ng isang serial aparato. Pagkalkula formula - (2 ^ n) -1. Para sa mga kaso itinuturing dati, kailangan namin (2 ^ 3) -1 comparators. Para sa operasyon paggamit ng isang tiyak na hanay ng mga aparatong ito, ang bawat isa ay maaaring ihambing ang mga input at mga indibidwal na reference na boltahe. Parallel analog-to-digital converter ay medyo mabilis device. Ngunit ang prinsipyo ng konstruksiyon ng mga aparatong ito ay na upang suportahan ang kanilang kahusayan ay nangangailangan ng makabuluhang kapangyarihan. Samakatuwid, ang kanilang paggamit sa baterya-powered hindi nararapat.

Analog-to-digital converter na may sunud-sunod na balancing

Ito ay nagpapatakbo sa isang katulad na paraan tulad ng sa nakaraang aparato. Samakatuwid, upang ipaliwanag ang mga operasyon ng mga sunud-sunod na pagbabalanse ADC, sa prinsipyo ng operasyon para sa mga nagsisimula ay isasaalang-alang literal sa daliri. Sa mga aparatong ito batay sa mga palatandaan ng paghihiwalay sa dalawang bahagi. Sa ibang salita, ang mga serial paghahambing ay isinasagawa sinusukat halaga sa isang tiyak na bahagi ng maximum na halaga. Maaaring tumagal ng mga halaga ½, 1/8, 1/16 at iba pa. Samakatuwid, analog-to-digital converter maaaring isagawa ang proseso para N iteration (sunud-sunod na hakbang). Na ito ang N ay katumbas ng bit ADC (tingnan ang mga formula na dati sa itaas). Kaya, kami ay may isang mumunti pakinabang sa oras, kung ito ay lalong mahalaga diskarteng pagganap. Sa kabila ng malaki bilis, mga aparatong ito ay din nailalarawan sa pamamagitan ng mababang static error.

Analog-to-digital converter na may bayad pagbabalanse (delta-Sigma)

Ito ay ang pinaka-kagiliw-giliw uri ng aparato, hindi bababa sa dahil sa kanyang operating prinsipyo. Binubuo ito sa na ang input voltages ay inihambing upang ang naipon integrator. Sigurado input pulses sa isang negatibong o positibong polarity (ito ay depende sa mga resulta ng mga nakaraang operasyon). Kaya, maaari naming sabihin na ang mga ganitong isang analog-to-digital converter ay isang simpleng sistema ng pagsubaybay. Ngunit ito ay lamang ng isang halimbawa para sa mga paghahambing, sa gayon ay maaari mong maunawaan kung ano ang delta-Sigma ADC. Prinsipyo ng operasyon ng sistema, ngunit para sa epektibong pagpapatakbo ng analog-to-digital converter ay hindi sapat. Ang resulta ay isang walang katapusang stream ng mga zero, na kung saan napupunta sa pamamagitan ng isang digital mababang-pass filter. Sila ay bumuo ng isang tiyak na bit pagkakasunod-sunod. Makilala ang ADC converter ng una at ikalawang order.

Pagsasama ng analog-to-digital converter

Ito ay isang espesyal na kaso ng sa huli, na kung saan ay isasaalang-alang bilang bahagi ng artikulo. Susunod, kami ay ilarawan ang mga operasyon ng mga aparatong ito, ngunit sa isang pangkalahatang antas. ADC Ito ang analog-to-digital converter na may push-pull integration. Upang matugunan tulad ng isang aparato ay maaaring maging isang digital multimeter. At ito ay hindi nakakagulat, dahil nagbibigay sila ng mataas na kawastuhan at sa parehong oras na rin sugpuin ang pagkagambala.

Ngayon tingnan natin ang kanyang mga prinsipyo ng operasyon. Ito ay namamalagi sa ang katunayan na ang input kapasitor ay sisingilin para sa isang taning na panahon. Karaniwan, ang panahong ito ay isa sa mga mains dalas na nagpapagana sa device (50 Hz o 60 Hz). Maaari rin itong maging isang maramihang. Kaya, mataas na dalas ng ingay ay bigti. Sabay-sabay na leveled impluwensiya hindi matatag boltahe kapangyarihan pinagkukunan ng kuryente sa katumpakan ng mga resulta.

Kapag ang singil ng panahon ay nagtatapos analog-digital converter, ang kapasitor ay nagsisimula na discharge na may partikular nakapirming bilis. Binibilang Internal counter aparato ang bilang ng mga pulses orasan na kung saan ay nabuo sa panahon ng prosesong ito. Kaya, ang mas mahaba ang oras ng pagitan, mas malaki ang pagganap.

ADC twostroke integration ay may mataas na kawastuhan at resolution. Dahil sa ito, pati na rin ang konstruksiyon ng isang relatibong simpleng istraktura, sila ay pinaandar bilang chip. Ang pangunahing disbentaha ng tulad ng isang prinsipyo ng trabaho - depende sa network pagganap. Tandaan na ang mga kakayahan nito ay nakatali sa ang tagal ng panahon ng frequency power supply.

Narito kung paano ang ADC double integration. Ang prinsipyo ng operasyon ng ang aparato kahit na ito ay lubos na mahirap unawain, ngunit ito ay nagbibigay ng mga tagapagpahiwatig ng kalidad. Sa ilang mga kaso, ito ay lamang kailangang-kailangan.

Pumili ng APC kami ng kinakailangang prinsipyo ng

Sabihin nating, kami ay nahaharap na may isang tiyak na gawain. Aling upang pumili ng aparato upang maaari itong matugunan ang lahat ng aming mga pangangailangan? Una, sabihin makipag-usap tungkol sa mga resolution at katumpakan. Kadalasan ang mga ito ay nalilito, bagaman sa pagsasanay ang mga ito ay masyadong mahina nakasalalay sa ang pangalawa. Tandaan na ang 12-bit analog-to-digital converter maaaring hindi gaanong tumpak kaysa sa 8-bit. Sa kasong ito, resolution - ay isang sukatan ng ang dami ng mga segment ay maaaring ipamahagi sa sinukat na hanay signal input. Kaya, 8-bit ADC nagtataglay August ² = 256 tulad unit.

Katumpakan - ay ang kabuuang resulta ng conversion na nakuha sa paglihis mula sa mga ideal na mga halaga, na dapat ay sa isang ibinigay na boltahe input. Iyon ay, ang unang parameter characterizes ang mga potensyal na may ADC, at ang pangalawa ay nagpapakita kung ano ang mayroon kami sa practice. Samakatuwid, maaari naming hakbang up at mas simpleng uri (halimbawa, direktang analog-to-digital converter), na kung saan ay matugunan ang mga pangangailangan dahil sa kanyang mataas na katumpakan.

Upang magkaroon ng ideya ng kung ano ang kinakailangan upang simulan upang makalkula ang mga pisikal na mga parameter at makagawa ng isang matematikal na formula ng mga pakikipag-ugnayan. Mahalaga ang mga ito ay static at dynamic na mga error, dahil kapag gamit ang iba't ibang mga bahagi at mga prinsipyo ng konstruksiyon ng ang aparato sila ay may iba't ibang epekto sa ang pagganap nito. Higit pang mga detalyadong impormasyon ay maaaring matagpuan sa mga teknikal na dokumentasyon na inaalok ng mga tagagawa ng bawat partikular na aparato.

halimbawa

Tingnan natin ang ADC SC9711 Hayaan. Ang operating prinsipyo ng device na ito ay kumplikado dahil sa kanyang laki at kapasidad. Nagsasalita ng huli, dapat ito ay mapapansin na ang mga ito ay tunay na magkakaibang. Kaya, halimbawa, posibleng operasyon dalas ay nag-iiba mula sa 10 Hz sa 10 MHz. Sa ibang salita, maaari itong gumawa ng 10 milyong mga halimbawa ng bawat segundo! At ang aparato mismo ay hindi isang bagay na solid, at may isang modular konstruksiyon ng istraktura. Ngunit kadalasan ito ay ginagamit sa mga komplikadong mga aplikasyon kung saan kailangan mo upang gumana sa isang malaking bilang ng mga senyas.

konklusyon

Tulad ng iyong nakikita, ADCs inherently ay may iba't ibang mga prinsipyo ng operasyon. Ito ay nagpapahintulot sa amin upang piliin ang aparato na magbibigay-kasiyahan na nagmumula pangangailangan at sa gayon ay magbibigay-daan sa makatwirang paggamit ng mga magagamit na mapagkukunan.