Generelt princip om driften af ADC

Lad os se på de vigtigste vifte af emner, der kan henføres til princippet om de analoge-til-digital konvertere ADCS () af forskellige typer. Sekventiel konto, successiv afbalancering - hvad der ligger bag disse ord? Hvad er det funktionsprincip af ADC af microcontroller? Disse og andre spørgsmål vil blive drøftet inden for rammerne af artiklen. De første tre vil blive afsat til den generelle teori, og den fjerde undertekster vil studere, hvordan de arbejder. Du kan møde forskellige litteratur ADC og DAC vilkår. Princippet om driften af disse enheder er en smule anderledes, så du skal ikke forveksle dem. Således vil genstanden blive betragtet konvertering af signaler fra analog til digital, mens DAC virker i bakgear.

definition

Før overvejer princippet om ADC, lad os finde ud af, hvad enheden er. Analog til digital konvertere er anordninger, den fysiske størrelse er konverteres til en tilsvarende numerisk repræsentation. Initialparametermodellen kan virke næsten alt - strøm, spænding, kapacitans, modstand, rotation af akslen, puls og så videre. Men for at få vished, vil vi arbejde med kun én konvertering. Denne "kode spænding". Valget af dette arbejde format er ikke tilfældig. Efter ADC (princippet om betjeningen af denne enhed) og dets funktioner er i høj grad afhængig af, hvilken slags måling begrebet anvendes. Dette henviser til processen med at sammenligne en bestemt værdi med en tidligere etableret standard.

karakteristika ADC

Den vigtigste bit kan kaldes, og omregningskursen. Først udtrykt i bits, og den anden - i prøver et sekund. Moderne analog-til-digital konvertere kan have 24-bit eller omstilling hastighed, som kommer til annoncer i Gmail enheder. Bemærk, at ADC samtidig kan give dig med brug af kun en af hans egenskaber. Jo større deres præstationer, det mere vanskeligt at arbejde med enheden, og det er dyrere selv. Men fordelen kan være at opnå den nødvendige bit dybde ydeevne ved at ofre hastigheden af instrumentet.

ADC typer

Virkemåde varierer blandt forskellige grupper af enheder. Vi anser følgende typer:

1. Siden direkte konvertering.
2. Med successiv tilnærmelse.
3. Med en parallel transformation.
4. Analog-til-digital konverter med en afbalancering gebyr (delta-sigma).
5. Integration ADC.

Der er mange andre typer af transportbånd og kombineret, som har deres egne særlige karakteristika anderledes arkitektur. Men de prøver, som vil blive behandlet i forbindelse med artikler er af interesse, fordi de spiller en rolle som forbillede i sin niche enheder såsom specificitet. Så lad os undersøge princippet om ADC, såvel som dens afhængighed af den fysiske enhed.

Direkte analog til digital konvertere

De er blevet meget populært i de 60-70-erne af det sidste århundrede. I form af integrerede kredsløb er fremstillet med 80'erne. Det er meget simpelt, selv primitive enheder, der ikke kan prale af betydende cifre. Deres kapacitet er typisk 6-8 bit, og hastigheden sjældent overstiger 1 annoncer i Gmail.

Princippet for driften af denne type ADC er, at på plus indgange på komparatorerne indgangssignal samtidigt. På den negative terminal spænding er en vis værdi. Og så enheden bestemmer dets drift. Dette gøres takket være referencespænding. Lad os antage, at vi har en enhed, hvor 8 komparatorer. Ved fodring ½ af referencespændingen aktiveres kun 4 af dem. Prioriteten encoder dannede binær kode, der er output register og låse. Relative styrker og svagheder kan siges , at dette princip om operation kan du oprette enheder med høj hastighed. Men for at opnå den ønskede ordlængde har at svede kraftigt.

Den almene formel for antallet af komparatorer er som følger: 2 ^ N. Under N er nødvendigt at sætte antallet af cifre. Set foregående eksempel kan anvendes igen: 2 ^ 3 = 8. Subtotal for tredje udledning skal være 8 komparatorer. Dette er princippet om ADC, som blev skabt først. Ikke meget bekvemt, så efterfølgende var der andre arkitektur.

Analog-til-digital konvertere, successiv tilnærmelse

algoritme "vægtning" anvendes her. Forkorte udstyr, der opererer ved en sådan procedure, blot omtalt som ADC successive regninger. Funktionsprincippet er som følger: anordningen måles ved indgangssignalet, og derefter sammenlignes med de tal, der er frembragt efter en bestemt procedure:

1. Sæt af mulige halvdel referencespændingen.
2. Hvis signalet størrelsesorden grænse overvinde tur №1, er det i forhold til et nummer, der ligger midtvejs mellem den resterende værdi. Så i vores tilfælde vil det være ¾ af referencespændingen. Hvis referencesignalet falder kort af denne figur, skal sammenligningen udføres med en anden portion af intervallet efter samme princip. I dette eksempel ¼ af referencespændingen.
3. Trin 2 skal gentages n gange, som vil give os de N bits af resultatet. Dette skyldes afviklingen af N antal sammenligninger.

Dette princip af apparatet gør det muligt at opnå med relativ høj konverteringsfrekvens, som er successiv approksimation ADC'ere. Princippet om operationen, som du kan se, enkel, og disse enheder er ideelle til mange forskellige lejligheder.

Parallel analog-til-digital konvertere

De arbejder som en seriel enhed. Beregningsformel - (2 ^ n) -1. For det tilfælde betragtes tidligere, vi har brug for (2 ^ 3) -1 komparatorer. Til drift ved anvendelse af en specifik vifte af disse enheder, som hver især kan sammenligne input og individuelle referencespænding. Parallelle analog-til-digital konvertere er temmelig hurtige enheder. Men princippet om opførelsen af disse enheder er, at for at støtte deres effektivitet kræver stærk. Derfor er deres anvendelse i batteridrevet upassende.

Analog-til-digital konverter med successiv balancering

Det fungerer på samme måde som den forrige enhed. Derfor, for at forklare driften af successive balancering ADC, princippet om drift for begyndere, vil blive betragtet som bogstaveligt på fingrene. I disse enheder baseret på fænomenet tvedeling. Med andre ord er den serielle sammenligning udført målte værdi med en vis del af den maksimale værdi. Kan tage værdier ½, 1/8, 1/16 og så videre. Derfor kan analog-til-digital-konverter udføre processen for N iterationer (successive trin). Hvori N er lig med bit ADC (se på de tidligere ovenstående formler). Således har vi en betydelig gevinst i gang, hvis det er særligt vigtigt ydeevne teknik. Trods den betydelige hastighed, er disse anordninger også karakteriseret ved lav statisk fejl.

Analog-til-digital konvertere med ladningsbalancerende (delta-sigma)

Det er den mest interessante type enhed, ikke mindst på grund af sin drift princip. Den består i at indgangsspændinger sammenlignes således at den akkumulerede integrator. Er input pulser med en negativ eller positiv polaritet (det afhænger af resultatet af den tidligere operation). Således kan vi sige, at sådan en analog-til-digital konverter er en simpel tracking system. Men dette er blot et eksempel til sammenligning, så du kan forstå , hvad delta-sigma ADC. Virkemåde system, men for en effektiv drift af analog-til-digital konverter er ikke nok. Slutresultatet er en endeløs strøm af ettaller og nuller, som går gennem en digital lavpasfilter. De danner en vis bitsekvens. Skelne ADC konvertere fra den første og anden orden.

Integration analog-til-digital-konverter

Dette er et særligt tilfælde af sidstnævnte, som vil blive betragtet som en del af artiklen. Dernæst vil vi beskrive driften af disse enheder, men på et overordnet niveau. Denne ADC er analog-til-digital konverter med push-pull integration. For at imødekomme en sådan anordning kan være en digital multimeter. Og det er ikke overraskende, fordi de giver høj nøjagtighed og samtidig godt undertrykke forstyrrelser.

Lad os nu fokusere på sin virkemåde. Det ligger i det faktum, at input kondensator oplades i et fastsat tidsrum. Typisk er denne periode er en af netfrekvensen hvilke beføjelser enhedens (50 Hz eller 60 Hz). Det kan også være et multiplum. Således bliver højfrekvent støj undertrykt. Samtidig jævnet indflydelse ustabil spænding kilde til elektricitet på nøjagtigheden af resultatet.

Når ladningen slutter analog-digital konverter, kondensatoren begynder at aflade med en bestemt fast hastighed. Interne tæller enhed tæller antallet af klokimpulser, som frembringes under denne proces. Således længere tidsintervallet, jo større ydeevne.

ADC totakts integration har høj nøjagtighed og opløsning. På grund af dette, såvel som konstruktionen af en forholdsvis simpel struktur, de er udført som en chip. Den største ulempe ved et sådant princip i arbejdet - afhængigt af udførelsen netværket. Husk, at dets muligheder er bundet til varigheden af den frekvens strømforsyning periode.

Her er hvordan ADC dobbelt integration. Princippet om drift af enheden, selvom det er ganske kompliceret, men det giver de kvalitetsindikatorer. I nogle tilfælde er det simpelthen uundværlig.

Vælg APC os den nødvendige princip om

Lad os sige, står vi over for en bestemt opgave. Hvilke at vælge den enhed, så den kan opfylde alle vores behov? Først, lad os tale om opløsning og nøjagtighed. Meget ofte er de forvirrede, selv om de i praksis er meget svagt afhængig af den anden. Bemærk, at 12-bit analog-til-digital-konverter kan være mindre nøjagtig end den 8-bit. I dette tilfælde beslutning - er et mål for mængden af segmenter kan tildeles den målte signal input område. Således, 8-bit ADC besidder August ² = 256 sådanne enheder.

Nøjagtighed - er den samlede omdannelse resultatet opnået afvigelse fra de ideelle værdier, som bør være ved en given indgangsspænding. Det vil sige, den første parameter karakteriserer det potentiale, der har ADC, og den anden viser, hvad vi har i praksis. Derfor kan vi intensivere og mere simpel form (for eksempel direkte analog-til-digital konvertere), som samtidig opfylder kravene på grund af dens høje nøjagtighed.

At have en idé om, hvad det kræver at begynde at beregne de fysiske parametre og konstruere en matematisk formel for interaktion. Vigtigt de er statiske og dynamiske fejl, fordi når du bruger de forskellige komponenter og principper for konstruktion af den enhed, de vil have en anden indvirkning på dens ydeevne. Nærmere oplysninger kan findes i den tekniske dokumentation, der tilbydes af producenten af hver enkelt enhed.

eksempel

Lad os se på ADC SC9711. Funktionsprincippet for denne enhed er kompleks på grund af dets størrelse og kapacitet. Apropos sidstnævnte, skal det bemærkes, at de er virkelig forskellige. Således kan for eksempel, mulige drift frekvens varierer fra 10 Hz til 10 MHz. Med andre ord, kan det gøre 10 millioner prøver pr sekund! Og selve enheden er ikke noget fast, og har en modulær opbygning af strukturen. Men det er normalt bruges i komplekse applikationer, hvor du har brug for at arbejde med en lang række signaler.

konklusion

Som du kan se, ADC'er sagens natur har forskellige principper for drift. Dette giver os mulighed for at vælge den enhed, der vil tilfredsstille opstår behov og dermed tillade fornuftig udnyttelse af de disponible ressourcer.