Allmänna principen om driften av ADC

Låt oss titta på de viktigaste rad frågor som kan hänföras till principen av analog-till-digitalomvandlare (ADC) av olika slag. Sekventiell konto successiv balansering - vad som ligger bakom dessa ord? Vad är arbetsprincipen ADC av mikro? Dessa och andra frågor kommer att diskuteras inom ramen för artikeln. De första tre kommer att ägnas åt den allmänna teorin, och den fjärde undertext kommer att studera hur de fungerar. Du kan möta olika litteratur ADC och DAC villkor. Principen för driften av dessa enheter är något annorlunda, så att inte förväxla dem. Sålunda, kommer artikeln betraktas omvandlingen av signaler från analog till digital, medan DAC arbetar i omvänd.

definition

Innan man överväger principen om ADC, låt oss ta reda på vad enheten är. Analog-till-digital-omvandlare är enheter som den fysikaliska storheten är omvandlad till en motsvarande numerisk representation. Den initiala parametern kan verka nästan vad som helst - ström, spänning, kapacitans, resistans, rotation av axeln, pulshastighet och så vidare. Men för att få visshet, kommer vi att arbeta med endast en konvertering. Denna "code spänning". Valet av detta arbete format är ingen tillfällighet. Efter ADC (principen om driften av denna enhet) och dess funktioner är till stor del beroende på vilken typ av mätning konceptet används. Detta refererar till processen att jämföra ett visst värde med en tidigare fastställd standard.

egenskaper ADC

Den viktigaste biten kan kallas, och omvandlingsfrekvens. Först uttryckt i bitar, och den andra - i prover per sekund. Moderna analog-till-digitalomvandlare kan ha 24-bitars eller omvandlingshastighet, som kommer till GSP enheter. Observera att ADC samtidigt kan ge dig med hjälp av endast en av sina egenskaper. Ju större deras prestanda, desto svårare att arbeta med enheten, och det är dyrare själv. Men fördelen kan vara att få den nödvändiga bitdjup prestanda genom att offra hastigheten på instrumentet.

ADC typer

Principen för drift varierar bland olika grupper av enheter. Vi anser följande typer:

1. Eftersom direkt omvandling.
2. Med successiv approximation.
3. Med en parallell omvandling.
4. Analog-till-digital-omvandlare med en balanserings laddning (delta-sigma).
5. Att integrera ADC.

Det finns många andra typer av transportband och kombineras, som har sina egna särdrag annan arkitektur. Men de prover som kommer att övervägas i samband med artiklar är av intresse eftersom de spelar en förebild i sin nisch enheter specificitet. Så låt oss undersöka principen om ADC, liksom sitt beroende av den fysiska enheten.

Direkt analog till digital-omvandlare

De har blivit mycket populär i 60-70-talet av förra seklet. I form av integrerade kretsar tillverkas med 80-talet. Det är mycket enkelt, även primitiva enheter som inte kan skryta med signifikanta siffror. Deras kapacitet är typiskt 6-8 bitar, och hastigheten överstiger sällan 1 GSPS.

Principen för drift av denna typ av ADC är att på plus ingångar komparatorer insignalen samtidigt. På den negativa polspänningen är ett visst värde. Och då enheten bestämmer dess funktion. Detta görs tack vare referensspänningen. Låt oss anta att vi har en enhet där 8 komparatorer. Vid matning ½ av referensspänningen är endast fyra av dem aktiveras. Prioritets kodare bildas binär kod, som är utgångsregistret och spärrar. Relativa styrkor och svagheter kan sägas att denna princip om operation kan du skapa snabba enheter. Men för att få önskad ordlängden måste svettas kraftigt.

Den allmänna formeln för antalet komparatorer är som följer: 2 ^ N. Under behövs N att sätta antalet siffror. Tittade tidigare exemplet kan användas igen: 2 ^ 3 = 8. Delsumma för tredje utsläpp måste vara 8 komparatorer. Detta är principen om ADC, som skapades först. Inte mycket bekvämt, så därefter fanns det andra arkitektur.

Analog-till-digitalomvandlare, successiv approximation

algoritm "viktning" används här. Korta apparater som arbetar på ett sådant förfarande, bara kallad ADC successiva räkningar. Funktionsprincipen är följande: anordningen mäts med insignalen, och sedan det jämförs med siffrorna, som genereras i enlighet med ett visst förfarande:

1. Uppsättningar av möjliga halv referensspänningen.
2. Om signalstorleksgräns vinna resa №1, jämförs det med ett tal, som ligger mitt emellan det återstående värdet. Så i vårt fall kommer det att vara tre fjärdedelar av referensspänningen. Om referenssignalen understiger denna siffra kommer jämförelsen utföras med en annan del av tiden enligt samma princip. I detta exempel, en fjärdedel av referensspänningen.
3. Steg 2 måste upprepas n gånger, vilket ger oss de N bitarna av resultatet. Detta beror på genomförandet av N antal jämförelser.

Denna princip av anordningen gör det möjligt att erhålla med relativ hög omvandlingsfrekvens, som är successiva approximation ADC. Principen för operationen, som ni kan se, enkel och dessa enheter är idealiska för en mängd olika tillfällen.

Parallell analog-till-digital-omvandlare

De fungerar som en seriell enhet. Beräknings formeln - (2 ^ n) -1. För fallet anses tidigare behöver vi (2 ^ 3) -1 komparatorer. För drift med användning av en specifik uppsättning av dessa anordningar, vilka vardera kan jämföra den ingående och individuella referensspänning. Parallella analog-till-digitalomvandlare är ganska snabba enheter. Men principen om byggandet av dessa enheter är att stödja deras effektivitet kräver betydande inflytande. Därför deras användning i batteridrivna olämpligt.

Analog-till-digital-omvandlare med successiv balansering

Det fungerar på ett liknande sätt som den tidigare enheten. Därför för att förklara driften av successiva balansering ADC, principen om operationen för nybörjare kommer att övervägas bokstavligen på fingrarna. I dessa enheter baserade på fenomenet dikotomin. Med andra ord, är den seriella jämförelsen utförs uppmätta värdet med en viss del av det maximala värdet. Kan ta värden ½, 1/8, 1/16 och så vidare. Därför kan analog-till-digital-omvandlaren utför processen för N iterationer (successiva steg). Varvid N är lika med bitars ADC (se de tidigare formlerna ovan). Därför har vi en avsevärd tidsvinst, om det är särskilt viktigt prestandateknik. Trots de betydande hastighet, är dessa anordningar också kännetecknas av låg statisk fel.

Analog-till-digital-omvandlare med laddningsbalanserande (delta-sigma)

Det är den mest intressanta typen av anordning, inte minst på grund av dess funktionsprincip. Den består i att ingångsspänningarna jämförs så att den ackumulerade integrator. Är ingångspulser med en negativ eller positiv polaritet (det beror på resultatet av den tidigare operationen). Således kan vi säga att en sådan analog-till-digital-omvandlare är ett enkelt system för spårning. Men detta är bara ett exempel för jämförelse, så att du kan förstå vad delta-sigma ADC. Principen om operativsystem, men för en effektiv drift av analog-till-digital-omvandlare är inte tillräckligt. Slutresultatet är en ändlös ström av ettor och nollor, som går genom ett digitalt lågpassfilter. De bildar en viss bitsekvens. Skilja ADC-omvandlare hos det första och andra ordningen.

Integrerande analog-till-digital-omvandlare

Detta är ett specialfall av den senare, som kommer att betraktas som en del av artikeln. Därefter kommer vi att beskriva driften av dessa enheter, men på en allmän nivå. Denna ADC är analog-till-digital-omvandlare med push-pull integration. För att möta en sådan anordning kan vara en digital multimeter. Och det är inte förvånande, eftersom de ger hög noggrannhet och samtidigt väl undertrycka störningar.

Låt oss nu fokusera på principen om drift. Det ligger i det faktum att ingångskondensator laddas under en bestämd tid. Typiskt är denna period en av frekvensen som driver anordningen (50 Hz eller 60 Hz) elnätet. Det kan också vara en multipel. Sålunda, är högfrekvent brusundertryckta. Samtidigt planat inflytande instabil spännings kraftkälla el på noggrannheten hos resultatet.

När laddningstiden slutar analog-digital omvandlare, börjar kondensatorn att urladda med en särskild fast hastighet. Intern räknare anordning räknar antalet klockpulser som alstras under denna process. Således, ju längre tidsintervallet, desto större prestanda.

ADC tvåtakts integration har hög noggrannhet och upplösning. På grund av detta, liksom byggandet av en relativt enkel struktur, de genomförs som ett chip. Den största nackdelen med en sådan princip i arbetet - beroende på resultatet nätverket. Kom ihåg att dess kapacitet är bundna till varaktigheten av nätfrekvensen period.

Här är hur den dubbla integrationen ADC. Principen för driften av anordningen, även om det är ganska komplicerat, men det ger kvalitetsindikatorer. I vissa fall är detta helt enkelt oumbärlig.

Välj APC oss med den nödvändiga principen om

Låt oss säga, står vi inför en specifik uppgift. Att välja enheten så att den kan möta alla våra behov? Låt oss först tala om upplösning och noggrannhet. Mycket ofta de är förvirrade, men i praktiken är mycket svagt beroende av andra. Observera att 12-bitars analog-till-digital-omvandlare kan vara mindre exakt än den 8-bitars. I detta fall, upplösning - är ett mått på den mängd av segment kan allokeras till den uppmätta signalingångsintervall. Sålunda, 8-bitars ADC besitter augusti ² = 256 sådana enheter.

Noggrannhet - är den totala omvandlingsresultatet erhållet avvikelse från de ideala värdena, som bör vara vid en given ingångsspänning. Det vill säga, den första parametern karakteriserar den potential som har ADC, och den andra visar vad vi har i praktiken. Därför kan vi öka och mer enkel typ (till exempel, direkt analog-till-digitalomvandlare), vilket kommer att uppfylla kraven på grund av dess höga exakthet.

Att ha en uppfattning om vad som krävs för att börja beräkna fysiska parametrar och konstruera en matematisk formel för interaktion. Viktiga de är statiska och dynamiska fel, eftersom vid användning av de olika komponenterna och principer för konstruktion av anordningen kommer de att ha en annorlunda effekt på dess prestanda. Mer detaljerad information finns i den tekniska dokumentationen som erbjuds av tillverkaren för varje specifik enhet.

exempel

Låt oss titta på ADC SC9711. Rörelse princip denna enhet är komplicerad på grund av sin storlek och kapacitet. På tal om det senare, bör det noteras att de verkligen är olika. Således, till exempel, varierar möjlig drift frekvens från 10 Hz till 10 MHz. Med andra ord kan det göra 10 miljoner samplingar per sekund! Och själva enheten är inte något fast och har en modulär konstruktion av strukturen. Men det är oftast används i komplexa applikationer där du behöver för att arbeta med ett stort antal signaler.

slutsats

Som ni ser, ADC har inneboende olika funktionsprinciper. Detta tillåter oss att välja den enhet som kommer att tillfredsställa uppstår behov och därmed tillåta en rimlig användning av tillgängliga resurser.