Generelle prinsippet om drift av ADC

La oss se på de viktigste spekter av saker som kan knyttes til prinsippet om analog-til-digital omformere (ADCs) av forskjellige typer. Sekvensiell konto, følgende balansering - hva som ligger bak disse ordene? Hva er den virkemåte av ADC av mikrokontroller? Disse og andre spørsmål vil bli diskutert innenfor rammen av artikkelen. De tre første vil bli viet til den generelle teorien, og den fjerde undertittel skal studere hvordan de fungerer. Du kan møte ulike litteratur ADC og DAC vilkår. Prinsippet om drift av disse enhetene er litt annerledes, så ikke forvirre dem. Således vil artikkelen bli betraktet konvertering av signalene fra analog til digital, mens den DAC arbeider i revers.

definisjon

Før du vurderer prinsippet om ADC, la oss finne ut hva enheten er. Analog-til-digital-omformere er enheter som den fysiske størrelse blir omformet til et tilsvarende numerisk representasjon. Den innledende parameteren kan opptre nesten alt - strøm, spenning, kapasitans, motstand, rotasjon av akselen, pulsfrekvens og så videre. Men for å ha sikkerhet, vil vi arbeide med bare en konvertering. Denne "code spenning". Valget av dette arbeidet formatet er ikke tilfeldig. Etter ADC (prinsippet for drift av denne enhet) og dens funksjoner er i stor grad avhengig av hva slags målebegrep anvendes. Dette refererer til prosessen med å sammenligne en viss verdi med en på forhånd etablert standard.

kjennetegn ADC

Den viktigste biten kan kalles, og konverteringsfrekvensen. Først uttrykt i biter, og den andre - i prøver et sekund. Moderne analog-til-digital-omformere kan ha 24-bit eller konvertering hastighet, som kommer til GSPS enheter. Merk at ADC kan samtidig gi deg med bruk av bare ett av hans kjennetegn. Jo større resultatene deres, jo vanskeligere å arbeide med enheten, og det er dyrere selv. Men denne fordel kan være for å oppnå den nødvendige bit dybdeinformasjon, og ved å ofre hastigheten av instrumentet.

ADC typer

Prinsippet for virkemåten varierer mellom ulike grupper av utstyrsenheter. Vi anser følgende typer:

1. Siden direkte konvertering.
2. Med påfølgende tilnærming.
3. Med en parallell transformasjon.
4. Analog-til-digital-omformer med en balanserende ladning (delta-sigma).
5. Integrering ADC.

Det finnes mange andre typer av transportøren og i kombinasjon, som har sine egne særtrekk forskjellig arkitektur. Men disse prøvene, som vil bli vurdert innenfor rammen av artiklene er av interesse fordi de spiller en eksemplarisk rolle i sin nisje enheter spesifisitet. Så la oss undersøke prinsippet om ADC, så vel som dens avhengighet av den fysiske enheten.

Direkte analog-til-digital-omformere

De har blitt ganske populær i 60-70-tallet av forrige århundre. I form av integrerte kretser fremstilles med 80-tallet. Det er veldig enkelt, selv primitive innretninger som ikke kan skryte av viktige tall. Deres kapasitet er vanligvis 6-8 biter, og hastigheten overstiger sjelden 1 GSPS.

Prinsippet for virkemåten av denne type av ADC er at på pluss innganger til komparatoren inngangssignal samtidig. På den negative pol spenningen er en viss verdi. Og deretter enheten bestemmer sin drift. Dette gjøres takket være referanse spenning. La oss anta at vi har en enhet der 8 komparatorer. Ved mating? Av referansespenningen er aktivert bare fire av dem. Den prioritetskoder dannede binærkode, som er utgangsregisteret og låsene. Relative styrker og svakheter kan sies at dette prinsippet av operasjonen lar deg lage enheter med høy hastighet. Men for å få den nødvendige ordlengde har å svette tungt.

Den generelle formel for antall komparatorer er som følger: 2 ^ N. Under N er nødvendig å sette antall sifre. Vist foregående eksempel kan bli brukt igjen: 2 ^ 3 = 8. Delsum for tredje utløp må være 8 komparatorer. Dette er prinsippet om ADC, som ble skapt først. Ikke veldig praktisk, så etterpå var det andre arkitektur.

Analog-til-digital-omformere, suksessiv approksimasjon

Algoritmen "veiing" er brukt her. Forkorte innretninger, som opererer ved en slik fremgangsmåte, referert til som ADC suksessive regninger. Prinsippet for operasjonen er som følger: Enheten måles av inngangssignalet, og da det blir sammenlignet med tallene som genereres i henhold til en bestemt prosedyre:

1. Sett av mulige halvparten av referansespenningen.
2. Hvis signalet størrelsesbegrensning overvinne tur №1, blir det sammenlignet med et tall som ligger midt mellom de gjenstående verdier. Så, i vårt tilfelle vil det være ¾ av referansespenning. Hvis referansesignalet kommer til kort av denne figuren, vil sammenligningen utføres med en annen del av intervallet etter samme prinsipp. I dette eksempel? Av referansespenningen.
3. Trinn 2 må gjentas n ganger, som vil gi oss de N biter til resultatet. Dette skyldes gjennomføringen av N antall sammenligninger.

Dette prinsippet av anordningen gjør det mulig å oppnå med relativ høy konverteringsfrekvens, som er suksessiv tilnærmings ADC'er. Prinsippet for operasjonen, som du kan se, enkle, og disse enhetene er ideelle for en rekke anledninger.

Parallell analog-til-digital-omformere

De fungerer som en seriell enhet. Beregning formel - (2 ^ n) -1. For det betraktede tilfelle tidligere, trenger vi (2 ^ 3) -1 komparatorer. For drift ved hjelp av en spesifikk gruppe av disse enheter, som hver kan sammenligne input og individuelle referansespenningen. Parallelle analog-til-digital omformere er ganske raske enheter. Men prinsippet om bygging av disse enhetene er at for å støtte deres effektivitet krever betydelig makt. Derfor, deres bruk i batteridrevne upassende.

Analog-til-digital omformer med etterfølgende balansering

Den opererer på en lignende måte som den forrige enheten. Derfor, for å forklare driften av påfølgende balansering ADC, prinsippet om betjening for nybegynnere vil bli vurdert bokstavelig talt på fingrene. I disse enhetene basert på fenomenet dikotomien. Med andre ord, er serie sammenligningen utføres målte verdi med en viss del av den maksimale verdi. Kan ta verdier ½, 1/8, 1/16 og så videre. Derfor, kan analog-til-digital omformer utføre prosessen for N iterasjoner (fortløpende trinn). Hvor N er lik bit ADC (se på den tidligere ovennevnte formler). Dermed har vi en betydelig gevinst i tid, hvis det er spesielt viktig ytelse teknikk. Til tross for den betydelig hastighet, er disse anordninger også kjennetegnet ved lav statisk feil.

Analog-til-digital-omformere med ladningsbalanserende (delta-sigma)

Det er den mest interessante type enhet, ikke minst på grunn av sin drifts-prinsippet. Den består i at inngangsspenninger blir sammenlignet slik at akkumulert integratoren. Er inngangspulser med en negativ eller positiv polaritet (det avhenger av resultatet av den foregående operasjon). Derfor kan vi si at en slik analog-til-digital-omformer er et enkelt system for sporing. Men dette er bare et eksempel for sammenligning, slik at du kan forstå hva delta-sigma ADC. Prinsippet for virkemåten system, men for effektiv drift av analog-til-digital-omformeren er ikke nok. Sluttresultatet er en endeløs strøm av enere og nuller, som går gjennom et digitalt lavpassfilter. De danner en viss bitsekvens. Skille ADC omformere av den første og andre orden.

Integrering av analog-til-digital omformer

Dette er et spesielt tilfelle av den sistnevnte, som vil bli betraktet som en del av artikkelen. Deretter vil vi beskrive driften av disse enhetene, men på et generelt nivå. Dette ADC er analog-til-digital omformer med push-pull integrasjon. For å møte en slik innretning kan være en digital multimeter. Og dette er ikke overraskende, fordi de gir høy nøyaktighet og samtidig godt å undertrykke forstyrrelser.

Nå la oss fokusere på sitt prinsipp om operasjonen. Det ligger i det faktum at inngangs kondensatoren er ladet til en fast tid. Vanligvis er denne perioden en av nettfrekvensen som driver enheten (50 Hz eller 60 Hz). Det kan også være et multiplum. Således er høy-frekvensstøy dempes. Samtidig flatet innflytelse ustabil spenning kraftkilde for elektrisitet på nøyaktigheten av resultatet.

Når ladningen slutter analog-digital-omformer, begynner kondensatoren å utlades med en bestemt fast hastighet. Indre teller innretning teller antall klokkepulser som genereres i løpet av denne prosessen. Således, jo lenger tidsintervall, jo større er ytelsen.

ADC twostroke integrering har høy nøyaktighet og oppløsning. På grunn av dette, så vel som konstruksjonen av en forholdsvis enkel konstruksjon, de er utført som en chip. Den største ulempen med en slik prinsippet arbeid - avhengig av ytelsen til nettverket. Husk at dens funksjonalitet er knyttet til varigheten av den frekvens strømforsyning periode.

Her er hvordan ADC dobbel integrasjon. Prinsippet om drift av enheten, selv om det er ganske komplisert, men det gir kvalitetsindikatorene. I noen tilfeller er dette rett og slett uunnværlig.

Velg APC oss den nødvendige prinsippet

La oss si, står vi overfor en bestemt oppgave. For å velge enheten slik at den kan møte alle våre behov? Først, la oss snakke om oppløsning og nøyaktighet. Svært ofte de er forvirret, men i praksis er de veldig svakt avhengig av andre. Legg merke til at 12-bit analog-til-digital omformer kan være mindre nøyaktig enn den 8-bits. I dette tilfelle oppløsning - er et mål på mengden av segmenter kan bli allokert til den målte signalinngangsområdet. Således 8-bit ADC besitter AUGUST ² = 256 slike enheter.

Nøyaktighet - er den totale måleresultatet oppnådd avvik fra de ideelle verdier, som skal være på et gitt inngangsspenning. Det vil si, den første parameteren karakteriserer det potensialet som har ADC, og den andre viser hva vi har i praksis. Derfor kan vi gå opp og mer enkel type (for eksempel, direkte analog-til-digital-omformere), som vil tilfredsstille de krav som på grunn av sin høye nøyaktighet.

Å ha en idé om hva det tar å begynne å beregne fysiske parametre og konstruere en matematisk formel for interaksjon. Viktig er de statiske og dynamiske feil, fordi ved bruk av de forskjellige komponenter og prinsipper for konstruksjon av anordningen at de vil ha en annen virkning på ytelsen. Mer detaljert informasjon finner du i den tekniske dokumentasjonen som tilbys av produsenten av hver enkelt enhet.

eksempel

La oss se på ADC SC9711. Driftsprinsippet for denne anordning er komplisert på grunn av sin størrelse og kapasitet. Snakker av sistnevnte, bør det bemerkes at de er virkelig mangfoldig. Således, for eksempel, varierer mulig drift frekvens fra 10 Hz til 10 MHz. Med andre ord, det kan gjøre 10 millioner prøver per sekund! Og selve enheten er ikke noe solid, og har en modulær konstruksjon av strukturen. Men det er vanligvis brukes i komplekse applikasjoner der du trenger å arbeide med et stort antall signaler.

konklusjon

Som du kan se, ADCs iboende har ulike prinsipper for drift. Dette gir oss muligheten til å velge enheten som vil tilfredsstille oppstår behov og dermed tillate fornuftig bruk av tilgjengelige ressurser.