Principiul general de funcționare a ADC

Să ne uităm la gama principal de probleme care pot fi atribuite principiul de analog la digital (ADC) de diferite tipuri. Contul secvențial, de echilibrare succesive - ceea ce se află în spatele acestor cuvinte? Care este principiul de lucru al ADC de microcontroler? Acestea și alte aspecte vor fi discutate în cadrul articolului. Primele trei vor fi dedicate teoriei generale, iar a patra Subtitrarea va studia modul în care acestea funcționează. Puteți întâlni diferite literatură ADC și DAC termeni. Principiul de funcționare al acestor dispozitive este ușor diferită, așa că nu le confunda. Astfel, articolul va fi considerat conversia semnalelor de la analogic la digital, în timp ce DAC funcționează în sens invers.

definiție

Înainte de a analiza principiul ADC, să aflăm ce dispozitivul este. Analog convertoare digitale sunt dispozitive care cantitatea fizică este convertită într-o reprezentare numerică corespunzătoare. Parametrul inițial poate acționa aproape orice - curent, tensiune, capacitate, rezistență, de rotație a arborelui, rata pulsului și așa mai departe. Dar, pentru a avea certitudinea, vom lucra cu o singură conversie. Această „tensiune de cod“. Alegerea acestui format de lucru nu este intamplatoare. După ADC (principiul de funcționare al acestui dispozitiv) și caracteristicile sale depind în mare măsură de ce fel de concept de măsurare este utilizat. Aceasta se referă la procesul de comparare o anumită valoare cu un standard stabilit anterior.

caracteristici ADC

Principalul Scula poate fi numit, iar rata de conversie. În primul rând exprimată în biți, iar al doilea - în probele de secundă. convertoare moderne analog-digitale pot avea 24 de biți sau viteza de conversie, care vine la unități PSG. Rețineți că ADC vă poate oferi simultan cu utilizarea doar una dintre caracteristicile sale. Cea mai mare performanta lor, cu atât mai dificil de a lucra cu dispozitivul, și este mai scump în sine. Dar beneficiul poate fi de a obține performanța de biți adâncimea necesară prin sacrificarea vitezei instrumentului.

tipuri de ADC

Principiul de funcționare variază între diferitele grupuri de dispozitive. Considerăm următoarele tipuri:

1. Deoarece conversia directă.
2. Cu aproximări succesive.
3. Cu o transformare paralelă.
4. convertor analog-digital, cu o taxa de echilibrare (delta-sigma).
5. Integrarea ADC.

Există multe alte tipuri de transportoare și combinate, care au propriile lor caracteristici speciale ale arhitecturii diferite. Dar aceste probe, care vor fi luate în considerare în cadrul articolelor sunt de interes, deoarece acestea joacă un rol exemplar în dispozitivele sale de nișă astfel de specificitate. Deci, să examinăm principiul ADC, precum și dependența acestuia de dispozitivul fizic.

analogic direct la convertoare digitale

Ei au devenit destul de popular în 60-70-e ai secolului trecut. În formă de circuite integrate sunt produse cu 80 de ani. Este foarte simplu, chiar și dispozitive primitive, care nu se poate lăuda de cifre semnificative. Capacitatea lor este de obicei 6-8 biți, iar viteza rareori depășește 1 PSG.

Principiul de funcționare a acestui tip de ADC este că, la intrările plus semnal de intrare de comparatoare simultan. Pe tensiunea la borne negativ este o anumită valoare. Și apoi dispozitivul determină funcționarea acestuia. Acest lucru se face datorită tensiunii de referință. Să presupunem că avem un dispozitiv în care 8 comparatoare. Atunci când alimentarea ½ din tensiunea de referință este activată numai 4 dintre ele. Codificatorul prioritate format cod binar, care este registru de ieșire și încuietori. punctele forte și cele slabe se poate spune că acest principiu de funcționare vă permite să creați dispozitive de mare viteză. Dar pentru a obține lungimea cuvântul dorit trebuie să transpir puternic.

Formula generală pentru numărul comparatoarelor este după cum urmează: 2 ^ N. Sub N este necesară pentru a pune numărul de cifre. Privite exemplul anterior poate fi utilizat din nou: 2 ^ 3 = 8. Subtotal pentru a treia descărcare trebuie să fie de 8 comparatoare. Acesta este principiul ADC, care au fost create mai întâi. Nu este foarte convenabil, astfel încât, ulterior, au existat și alte arhitecturi.

Analog-digitale convertoare, aproximări succesive

algoritm „ponderare“ este folosit aici. Scurteaza dispozitive care funcționează la o astfel de procedură, denumit simplu facturile succesive ADC. Principiul de funcționare este după cum urmează: dispozitivul este măsurat prin semnalul de intrare, iar apoi acesta este comparat cu cifrele, care sunt generate în funcție de o anumită procedură:

1. Seturi de posibile jumătate din tensiunea de referință.
2. În cazul în care limita de magnitudini de semnal depăși călătoria №1, acesta este comparat cu un număr care se află la jumătatea distanței dintre valoarea rămasă. Deci, în cazul nostru va fi de ¾ din tensiunea de referință. În cazul în care semnalul de referință scade cu această cifră, comparația va fi realizată cu o altă porțiune a intervalului de același principiu. În acest exemplu, ¼ din tensiunea de referință.
3. Etapa 2 trebuie repetată de n ori, ceea ce ne va da N biți ai rezultatului. Acest lucru se datorează comportamentului N numărul de comparații.

Acest principiu al aparatului permite obținerea cu o rată de conversie relativ ridicată, care sunt aghiotanți aproximări succesive. Principiul de funcționare, după cum puteți vedea, simplu, iar aceste dispozitive sunt ideale pentru o varietate de ocazii.

Paralel analog-digital-convertoare

Ei lucrează ca un dispozitiv serial. Formula de calcul - (2 ^ n) -1. Pentru cazul considerat anterior, avem nevoie de (2 ^ 3) -1 comparatoare. Pentru operarea folosind o matrice specifică a acestor dispozitive, dintre care fiecare poate compara intrare și tensiunea de referință individuală. convertoare paralele analog-digitale sunt dispozitive destul de rapid. Dar principiul de construcție a acestor dispozitive este că, pentru a sprijini eficiența lor necesită o putere semnificativă. Prin urmare, utilizarea lor în baterie-alimentat nepotrivit.

-Analog-digital convertor cu echilibrare succesivă

Acesta funcționează pe un mod similar cu cel al dispozitivului anterior. Prin urmare, pentru a explica funcționarea ADC de echilibrare succesive, principiul de funcționare pentru începători vor fi luate în considerare literalmente pe degete. În aceste dispozitive bazate pe fenomenul dihotomia. Cu alte cuvinte, comparația serială este realizată valoarea măsurată cu o anumită parte din valoarea maximă. Poate lua valori ½, 1/8, 1/16 și așa mai departe. Prin urmare, convertor analog-digital poate efectua procesul de N iterații (etape succesive). N este egal cu care ADC biți (uita-te la formulele anterior de mai sus). Astfel, avem un câștig considerabil în timp, în cazul în care aceasta este tehnica deosebit de important de performanță. În ciuda vitezei considerabile, aceste dispozitive sunt, de asemenea, caracterizate prin eroare statică scăzută.

Analog-digital-convertoare cu taxa de echilibrare (delta-sigma)

Este cel mai interesant tip de dispozitiv, nu în ultimul rând datorită principiului său de funcționare. Se constă în aceea că tensiunile de intrare sunt comparate, astfel încât integratorul acumulat. Sunt impulsuri de intrare cu o polaritate negativă sau pozitivă (depinde de rezultatul operației anterioare). Astfel, putem spune că un astfel de convertor analog-digital este un sistem de urmărire simplu. Dar aceasta este doar un exemplu pentru comparație, astfel încât să puteți înțelege ce delta-sigma ADC. Principiul sistemului de operare, dar pentru funcționarea eficientă a convertorului analog-digital nu este suficient. Rezultatul final este un flux nesfârșit de unu și zero, care trece printr-un filtru trece jos digitale. Ele formează o secvență de biți anumită. Distinge convertoare ADC din primul și al doilea ordin.

Integrarea-analog-digital convertor

Acesta este un caz special al acesteia din urmă, care va fi considerată ca parte a articolului. În continuare, vom descrie funcționarea acestor dispozitive, dar la un nivel general. Acest ADC este de-analog-digital convertor cu integrarea push-pull. Pentru a satisface un astfel de dispozitiv poate fi un multimetru digital. Și acest lucru nu este surprinzător, deoarece acestea oferă o precizie ridicată și, în același timp, bine suprima interferențe.

Acum, să se concentreze pe principiul său de funcționare. Acesta se află în faptul că condensator de intrare este taxat pentru un timp fix. De obicei, această perioadă este una dintre frecvența principală care alimentează dispozitivul (50 Hz sau 60 Hz). Acesta poate fi, de asemenea, un multiplu. Astfel, zgomotul de înaltă frecvență este suprimat. Simultan nivelat influență instabilă sursă de alimentare de tensiune de energie electrică privind precizia rezultatului.

Când se termină timpul de încărcare convertor analog-digital, condensator începe să se descarce cu o anumită viteză fixă. Dispozitiv de contor intern contorizează numărul de impulsuri de ceas, care sunt generate în timpul acestui proces. Astfel, cu cât intervalul de timp, cu atât mai mare performanță.

Integrarea twostroke ADC au mare precizie și rezoluție. Datorită acestui fapt, precum și construirea unei structuri relativ simple, acestea sunt executate ca un cip. Principalul dezavantaj al unui astfel de principiu de lucru - în funcție de rețeaua de performanță. Amintiți-vă că capacitățile sale sunt legate de durata perioadei de alimentare cu energie de frecvență.

Iată cum integrarea dublă ADC. Principiul de funcționare a dispozitivului, chiar dacă este destul de complex, dar oferă indicatorii de calitate. În unele cazuri, acest lucru este pur și simplu indispensabil.

Alege APC-ne cu principiul necesar al

Să spunem, ne confruntăm cu o anumită sarcină. Care pentru a alege dispozitivul, astfel încât să poată satisface toate nevoile noastre? În primul rând, să vorbim despre rezoluția și acuratețea. Foarte adesea ei sunt confuzi, deși, în practică, ele sunt dependente foarte slab pe al doilea. Rețineți că 12-bit analog-digital convertor poate fi mai puțin precise decât 8 biți. În acest caz, rezoluția - este o măsură a cantității de segmente pot fi alocate măsurat gama de intrare a semnalului. Astfel, pe 8 biți ADC posedă ² august = 256 astfel de unități.

Acuratețea - este rezultatul de conversie totală obținută abatere de la valorile ideale, care trebuie să fie la o tensiune de intrare. Adică, primul parametru caracterizează potențialul pe care îl are ADC, iar al doilea arată ceea ce avem în practică. Prin urmare, putem intensifica și de tip mai simplu (de exemplu, analog-digital, convertoare directe), care va îndeplini cerințele datorită preciziei sale ridicate.

Pentru a avea o idee despre ceea ce este nevoie pentru a începe să calculeze parametrii fizici și construi o formulă matematică de interacțiune. Important acestea sunt erori statice și dinamice, pentru că atunci când se utilizează diferitele componente și principiile de construcție a dispozitivului acestea vor avea un impact diferit asupra performanței sale. Mai multe informații detaliate pot fi găsite în documentația tehnică oferite de către producătorul fiecărui dispozitiv specific.

exemplu

Să ne uităm la SC9711 ADC. Principiul de funcționare al acestui dispozitiv este complexă din cauza dimensiunii și capacității sale. Vorbind despre aceasta din urmă, trebuie remarcat faptul că acestea sunt cu adevărat diversă. Astfel, de exemplu, este posibil frecventa de lucru variază de la 10 Hz la 10 MHz. Cu alte cuvinte, se poate face 10 milioane de eșantioane pe secundă! Și dispozitivul în sine nu este ceva solid, și are o construcție modulară a structurii. Dar este de obicei folosit în aplicații complexe, în cazul în care aveți nevoie pentru a lucra cu un număr mare de semnale.

concluzie

După cum puteți vedea, aghiotanți au în mod inerent diferite principii de funcționare. Acest lucru ne permite să selectați dispozitivul care va satisface nevoile care apar și, astfel, să permită utilizarea rațională a resurselor disponibile.