Opći princip rada ADC

Pogledajmo na glavnom niz pitanja koja se mogu pripisati princip analogno-digitalni pretvarači (ADC) različitih vrsta. Sekvencijalni račun, uzastopna balansiranje - šta se krije iza ovih riječi? Koji je princip rada ADC mikrokontrolera? Ova i druga pitanja će se raspravljati u okviru članka. Prva tri će biti posvećen opšte teorije, a četvrti titl će učiti kako oni rade. Možete upoznati različite literature ADC i DAC smislu. Princip rada ovih uređaja je nešto drugačija, pa nemojte ih zbuniti. Dakle, članak će se smatrati konverzije signala iz analognog u digitalni, a DAC radi u obrnutom.

definicija

Prije razmatranja princip ADC, da saznamo šta je uređaj. Analognog na digitalni konvertori su uređaji koje je fizička količina se pretvara u odgovarajući numerički reprezentacije. Početne parametar može djelovati gotovo sve - struja, napon, kapacitet, otpor, rotaciju vratila, puls i tako dalje. Ali, kako bi se sigurnost, mi ćemo raditi sa samo jednim konverzije. Ovo "kod napona". Izbor ovog rada formata nije slučajan. Nakon ADC (princip rada ovog uređaja) i njene karakteristike su u velikoj mjeri ovisi o kakvim koncept mjerenja se koristi. To se odnosi na proces u odnosu na određenu vrijednost s prethodno utvrđenih standarda.

karakteristike ADC

Glavna bit može nazvati, a stopa konverzije. Prva izražena u bitima, a drugi - u uzorcima sekundu. Moderni analogno-digitalni konvertori mogu imati 24-bitni ili brzinu konverzije, koja dolazi do GSPS jedinica. Imajte na umu da ADC istovremeno vam može pružiti uz korištenje samo jednog od njegovih karakteristika. Što je veći njihov rad, teže raditi s uređajem, a to je još samo po sebi skupo. Ali korist može biti da se dobiju potrebne performanse bitna dubina žrtvovanjem brzine instrumenta.

vrste ADC

Princip rada varira između različitih grupa uređajima. Smatramo da ove vrste:

1. Od direktnu konverziju.
2. Sa uzastopnih aproksimacija.
3. Sa paralelnim transformacije.
4. Analogno-digitalni pretvarač sa zadužen za balansiranje (delta-sigma).
5. Integracija ADC.

Postoje mnoge druge vrste transportera i kombinaciji, koji imaju svoje posebne karakteristike različitih arhitekture. Ali ti uzorci, koji će se razmatrati u okviru članaka su od interesa, jer oni igraju uzoran ulogu u njenom niši uređajima kao specifičnost. Dakle, da nas ispita princip ADC, kao i njegove ovisnosti o fizičkom uređaju.

Direktan analognog na digitalni konvertori

Oni su postali vrlo popularni u 60-70-tih godina prošlog stoljeća. U obliku integrisanih kola proizvode sa 80-ih. To je vrlo jednostavno, čak i primitivne uređaje koji se ne mogu pohvaliti značajnih ličnosti. Njihov kapacitet je obično 6-8 bita, a brzina rijetko prelazi 1 GSPS.

Princip rada ove vrste ADC je da se na plus ulaza komparatora ulaznog signala istovremeno. Na negativni pol napon određene vrijednosti. A zatim uređaj utvrdi svoj rad. To je učinjeno zahvaljujući referentni napon. Pretpostavimo da imamo uređaj gdje 8 komparatora. Kada hranjenje ½ referentni napon je omogućena samo 4 od njih. Prioritet enkoder formirana binarni kod, koji je izlaz registar i reze. Relativne prednosti i slabosti, može se reći da je ovaj princip rada omogućava vam da kreirate uređaje visoke brzine. Ali da se dobije potrebnu dužinu riječ mora jako znoji.

Opća formula za broj komparatora je kako slijedi: 2 ^ N. Pod N je potrebno uložiti broj znamenki. Gledano prethodni primjer može se ponovo koristiti: 2 ^ 3 = 8. Međuzbir za treće pražnjenje mora biti 8 komparatora. To je princip ADC, koji su nastali prvi. Nije baš zgodno, pa nakon toga bilo je i drugih arhitekture.

Analogno-digitalni konvertori, sukcesivne aproksimacije

algoritam "ponder" se ovdje koristi. Skratiti uređaja koji rade na takav postupak, jednostavno naziva ADC uzastopnih račune. Princip rada je sljedeći: uređaj se mjeri ulazni signal, a zatim se u usporedbi sa brojevima, koji se generiraju prema određenom postupku:

1. Seta moguće pola referentnog napona.
2. Ako je ograničenje signal magnitude prevazići putovanje №1, to je u odnosu na broj koji se nalazi na pola puta između preostale vrijednosti. Dakle, u našem slučaju to će biti ¾ referentnog napona. Ako je referentni signal padne manje od tog broja, usporedba će se odvijati uz drugi dio intervala po istom principu. U ovom primjeru, ¼ referentnog napona.
3. Korak 2 se mora ponoviti n puta, što će nam dati N bitova rezultata. To je zbog ponašanja N broj poređenja.

Ovaj princip aparata omogućava da dobije relativno visokom stopom konverzije, koje su sukcesivno aproksimacija ADC. Princip rada, kao što vidite, jednostavan, a ovi uređaji su idealni za razne prigode.

Paralelno analogno-digitalni konvertori

Oni rade kao serijski uređaj. Proračun konfiguracija - (2 ^ n) -1. Za slučaj ranije smatralo, treba nam (2 ^ 3) -1 komparatora. Za rad koriste određene niz ovih uređaja, od kojih svaki može uporediti ulaz i individualni referentni napon. Paralelno analogno-digitalni pretvarači prilično brzo uređajima. Ali princip izgradnje tih uređaja je u tome da podrži njihova efikasnost zahtijeva značajnu snagu. Stoga, njihova upotreba u baterije neprikladno.

Analogno-digitalni pretvarač s uzastopnim balansiranje

To radi na sličan način kao i prethodnog uređaja. Stoga, kako bi se objasniti rad uzastopnih balansiranja ADC, princip rada za početnike će se smatrati doslovno na prste. U tim uređaje bazirane na fenomen dihotomije. Drugim riječima, serijski poređenje vrši se izmjerene vrijednosti uz određeni dio maksimalne vrijednosti. Može uzeti vrijednosti ½, 1/8, 1/16 i tako dalje. Stoga, analogno-digitalni pretvarač može obavljati proces N iteracija (uzastopnih koraka). U čemu N jednak bit ADC (pogledajte prethodno gore formule). Dakle, imamo značajan dobitak na vrijeme, ako je to posebno važno tehnika performanse. Uprkos značajnim brzinu, ovi uređaji se takođe karakteriše niska statičke greške.

Analogno-digitalni konvertori uz doplatu balansiranje (delta-sigma)

To je najinteresantniji vrstu uređaja, ne samo zbog svoje operativne principu. Sastoji se u tome da ulazni naponi su u odnosu tako da akumulirani integratora. Ulazni impulsi sa negativnim ili pozitivnim polaritet (to ovisi o rezultatu prethodnog rada). Dakle, možemo reći da je takav pretvarač analogno-digitalni je jednostavan sistem za praćenje. Ali ovo je samo primjer za usporedbu, tako da možete shvatiti šta je delta-sigma ADC. Princip rada sistema, ali za efikasan rad pretvarača analogno-digitalni nije dovoljno. Krajnji rezultat je beskrajna tok jedinica i nula, koji prolazi kroz filter digitalni low-pass. Oni čine određene malo slijed. Razlikovati ADC konverteri prvog i drugog reda.

Integracija analogno-digitalni pretvarač

Ovo je poseban slučaj ovog drugog, koji će se smatrati kao dio članka. Dalje, mi ćemo opisati rad ovih uređaja, ali na opštem nivou. Ovo ADC je analogno-digitalni pretvarač sa push-pull integracije. Kako bi zadovoljili takav uređaj može biti digitalni multimetar. I to ne čudi, jer pružaju veliku preciznost i istovremeno dobro suzbija smetnje.

Sada ćemo se fokusirati na svoj princip rada. Leži u činjenici da je kondenzator ulaz se naplaćuje na određeno vrijeme. Tipično, ovaj period je jedan od frekvencije napajanja koji pokreće uređaj (50 Hz ili 60 Hz). To može biti i više. Dakle, visoke frekvencije buke je potisnut. Istovremeno je poravnala utjecaj nestabilan napon napajanja električnom energijom na točnost rezultata.

Kada se vreme punjenja završava analogno-digitalni pretvarač, kondenzator počinje da obavlja sa određenom fiksnom brzinom. Interni brojač uređaj broji sat impulsa koji se stvara tokom ovog procesa. Dakle, što je duži vremenski interval, to je veći učinak.

ADC twostroke integracije imaju visoku preciznost i rezolucije. Zbog toga, kao i izgradnju relativno jednostavne strukture, oni se izvode kao čip. Glavni nedostatak takav princip rada - u zavisnosti od performanse mreže. Imajte na umu da njegove mogućnosti su vezani za trajanje perioda frekvencije napajanja.

Evo kako ADC dvostrukom integracijom. Princip rada uređaja, iako je vrlo složen, ali pruža pokazatelje kvalitete. U nekim slučajevima, to je jednostavno neophodna.

Odaberite APC nam potrebne princip

Recimo, suočeni smo s određenog zadatka. Kojih se može izabrati uređaj tako da može zadovoljiti sve naše potrebe? Prvo, pričajmo o rezoluciji i preciznost. Vrlo često su zbunjeni, iako u praksi su vrlo slabo ovisi o drugoj. Imajte na umu da 12-bitni analogno-digitalni pretvarač može biti manje precizan od 8-bitni. U ovom slučaju, rezolucija - je mjera količine segmenata može se rasporediti na izmjerene ulazni signal dometa. Prema tome, 8-bitni ADC imaju Avgust ² = 256 takvih jedinica.

Preciznost - je ukupni rezultat konverzije dobiti odstupanja od idealne vrijednosti, koja bi trebala biti u datom ulaznog napona. To je, prvi parametar karakteriše potencijal koji ima ADC, a drugi pokazuje ono što imamo u praksi. Stoga, možemo pojačati i jednostavan tip (na primjer, direktno analogno-digitalni konvertori), koji će zadovoljiti zahtjeve zbog svoje visoke preciznosti.

Da imaju ideju o tome šta je potrebno da bi početi za izračunavanje fizičkih parametara i izgraditi matematička formula interakcije. Važni su statičke i dinamičke pogreške, jer kada se koristi različitim komponentama i principe izgradnje uređaja koji će imati drugačiji utjecaj na njegov rad. Detaljnije informacije mogu se naći u tehničkoj dokumentaciji koje nudi proizvođač svakog konkretnog uređaja.

primjer

Pogledajmo ADC SC9711. Princip rada ovog uređaja je kompleks zbog svoje veličine i kapaciteta. Govoreći o drugom, treba napomenuti da su zaista raznovrsni. Tako je, na primjer, moguće frekvencije rada varira od 10 Hz do 10 MHz. Drugim riječima, to može učiniti 10 miliona uzoraka u sekundi! A sam uređaj nije nešto čvrsto, i ima modularnu izgradnju strukture. Ali, to se obično koristi u složenim aplikacijama, gdje vam je potrebno za rad s velikim brojem signala.

zaključak

Kao što možete vidjeti, ADC po sebi imaju različite principe rada. To nam omogućava da odaberete uređaj koji će zadovoljiti proizlaze potrebe i na taj način omogućiti razumno korištenje raspoloživih resursa.