Principi general de funcionament del ADC

Vegem la cadena principal dels problemes que es poden atribuir al principi dels convertidors d'analògic a digital (ADC) de diferents tipus. compte successivament, balanceig successiva - el que hi ha darrere d'aquestes paraules? Quin és el principi de funcionament del ADC del microcontrolador? Aquestes i altres qüestions seran discutides en el marc de l'article. Els tres primers es dedicaran a la teoria general, i el quart subtítol estudiarà com funcionen. Pots conèixer diversos termes ADC i DAC literatura. El principi de funcionament d'aquests dispositius és lleugerament diferent, així que no es confongui. Per tant, l'article serà considerat la conversió de senyals d'analògic a digital, mentre que el DAC funciona al revés.

definició

Abans de considerar el principi de l'ADC, anem a esbrinar què és el dispositiu. Convertidors analògics a digitals són dispositius que la quantitat física esdevé una representació numèrica corresponent. El paràmetre inicial pot actuar gairebé qualsevol cosa - corrent, voltatge, capacitància, resistència, la rotació de l'eix, la freqüència del pols i així successivament. No obstant això, per tal de tenir la certesa, treballarem amb una sola conversió. Aquesta "tensió de codi". L'elecció d'aquest format de treball no és accidental. Després de l'ADC (el principi de funcionament d'aquest dispositiu) i les seves característiques depenen en gran mesura de quin tipus de concepte de mesura s'utilitza. Això es refereix al procés de comparació d'un valor determinat amb un estàndard prèviament establert.

característiques ADC

El bit principal pot ser cridat, i la taxa de conversió. Primer expressat en bits, i el segon - en les mostres d'un segon. convertidors moderns d'analògic a digital poden tenir 24 bits o la velocitat de conversió, que ve a unitats GSPS. Recordeu que el ADC al mateix temps li pot proporcionar l'ús d'una sola de les seves característiques. Com més gran sigui el seu rendiment, més difícil treballar amb el dispositiu, i és més car en si. No obstant això, el benefici pot ser el d'obtenir el rendiment profunditat de bits necessari sacrificar la velocitat de l'instrument.

tipus d'ADC

Principi d'operació varia entre els diferents grups de dispositius. Considerem els següents tipus:

1. Des conversió directa.
2. Amb l'aproximació successiva.
3. Amb una transformació paral·lela.
4. convertidor d'analògic a digital amb una càrrega d'equilibri (delta-sigma).
5. La integració d'ADC.

Hi ha molts altres tipus de transportador i combinat, que tenen les seves pròpies característiques especials d'arquitectura diferent. Però aquestes mostres, que seran considerats en el marc dels articles són d'interès ja que juguen un paper exemplar en els seus dispositius de nínxol tal especificitat. Així que anem a examinar el principi de l'ADC, així com la seva dependència del dispositiu físic.

analògica directa als convertidors digitals

S'han convertit en molt popular en els 60-70-s del segle passat. En forma de circuits integrats es fabriquen amb 80. És molt simple, fins i tot dispositius primitius que no poden presumir de xifres significatives. La seva capacitat és típicament 6-8 trossos, i la velocitat poques vegades supera 1 GSPS.

El principi de funcionament d'aquest tipus de ADC és que en les entrades de més de senyal d'entrada comparadors simultàniament. A la tensió del terminal negatiu és un valor determinat. I a continuació, el dispositiu determina el seu funcionament. Això es realitza gràcies a la tensió de referència. Suposem que tenim un dispositiu en el qual 8 comparadors. Quan l'alimentació de la meitat de la tensió de referència només 4 d'ells està activat. El codificador de prioritat formar codi binari, que és el registre de sortida i pestells. fortaleses i debilitats relatives es pot dir que aquest principi de l'operació li permet crear dispositius d'alta velocitat. Però per obtenir la longitud paraula desitjada ha de suar en excés.

La fórmula general per al nombre de comparadors és com segueix: 2 ^ N. Sota N cal posar el número de dígits. Vist exemple anterior es pot utilitzar de nou: 2 ^ 3 = 8. Subtotal per tercera descàrrega ha de ser de 8 comparadors. Aquest és el principi de l'ADC, que es crea per primera vegada. No és molt convenient, de manera que posteriorment va haver una altra arquitectura.

Analògic-digital convertidors, aproximació successiva

algoritme de "ponderació" s'utilitza aquí. Escurçar els dispositius que funcionin a un procediment d'aquest tipus, es fa referència simplement com factures successives ADC. El principi de funcionament és el següent: el dispositiu es mesura pel senyal d'entrada, i després es compara amb els números, que es generen d'acord amb un determinat procediment:

1. Conjunts de possibles meitat de la tensió de referència.
2. Si el límit de magnitud del senyal superar viatge №1, es compara amb un nombre que es troba a mig camí entre el valor restant. Per tant, en el nostre cas, serà de ¾ de la tensió de referència. Si el senyal de referència està a l'altura d'aquesta figura, la comparació es durà a terme amb una altra porció de l'interval pel mateix principi. En aquest exemple, ¼ de la tensió de referència.
3. Pas 2 s'ha de repetir n vegades, el que ens donarà els N bits del resultat. Això es deu a la realització d'un nombre N de comparacions.

Aquest principi de l'aparell permet obtenir amb una alta taxa de conversió relativa, que són successives ADCS d'aproximació. El principi de funcionament, com es pot veure, simple, i aquests dispositius són ideals per a una varietat d'ocasions.

Paral·lel analògic-digitals convertidors

Funcionen com un dispositiu sèrie. Fórmula de càlcul - (2 ^ n) -1. Per al cas considerat anteriorment, necessitem (2 ^ 3) -1 comparadors. Per a l'operació utilitzant una matriu específica d'aquests dispositius, cadascun dels quals pot comparar l'entrada i la tensió de referència individual. convertidors paral·lels d'analògic a digital són dispositius bastant ràpid. Però el principi de la construcció d'aquests dispositius és que per recolzar la seva eficàcia requereix un pes significatiu. Per tant, el seu ús en alimentació per bateria-inapropiada.

Conversió analògica-digital amb balanceig successiva

Funciona amb una forma similar a com el dispositiu anterior. Per tant, per tal d'explicar el funcionament del ADC equilibri successiva, el principi de funcionament per a novells serà considerat literalment en els dits. En aquests dispositius basats en el fenomen de la dicotomia. En altres paraules, la comparació de sèrie es porta a terme valor mesurat amb una certa part del valor màxim. Pot prendre valors ½, 1/8, 1/16 i així successivament. Per tant, el convertidor d'analògic a digital pot realitzar el procés per a N iteracions (passos successius). On N és igual al bit ADC (veure les fórmules anteriorment esmentades). Per tant, tenim un avantatge considerable en el temps, si es tracta de la tècnica d'execució especialment important. Tot i la considerable velocitat, aquests dispositius també es caracteritzen per un baix error estàtic.

Analogicodigitals amb convertidors d'equilibri de càrrega (delta-sigma)

És el tipus més interessant de dispositiu, no menys important, a causa de el seu principi de funcionament. Consisteix en què les tensions d'entrada es comparen perquè l'integrador acumulat. Són polsos d'entrada amb una polaritat negativa o positiva (que depèn del resultat de l'operació anterior). Per tant, podem dir que un convertidor d'aquest tipus d'analògic a digital és un sistema de seguiment senzill. Però això és només un exemple de comparació, perquè pugui entendre el que el delta-sigma ADC. Principi de funcionament del sistema, però per al bon funcionament del convertidor d'analògic a digital no és suficient. El resultat final és un corrent sense fi d'uns i zeros, que va a través d'un filtre de pas baix digital. Ells formen una certa seqüència de bits. Distingir els convertidors ADC del primer i segon ordre.

La integració de conversió analògica-digital

Aquest és un cas especial d'aquest últim, que serà considerat com a part de l'article. A continuació, es descriurà el funcionament d'aquests dispositius, però en un nivell general. Aquesta és ADC d'analògic a digital amb la integració de vaivé. Per fer front a un dispositiu d'aquest tipus pot ser un multímetre digital. I això no és sorprenent, ja que proporcionen una alta precisió i al mateix temps ben suprimir la interferència.

Ara ens centrarem en el seu principi de funcionament. Es troba en el fet que el condensador d'entrada es carrega durant un temps fix. Típicament, aquest període és un de la freqüència de xarxa que alimenta el dispositiu (50 Hz o 60 Hz). També pot ser un múltiple. Per tant, el soroll d'alta freqüència es suprimeix. Simultàniament anivellat influència inestable font d'alimentació de voltatge de l'electricitat en l'exactitud del resultat.

Quan el temps de càrrega finalitza convertidor analògic-digital, el condensador comença a descarregar-se amb una velocitat fixa particular. dispositiu comptador intern compte el nombre d'impulsos de rellotge que es generen durant aquest procés. Per tant, com més gran sigui l'interval de temps, major serà el rendiment.

la integració de dos temps ADC té una alta precisió i resolució. A causa d'això, així com la construcció d'una estructura relativament simple, que s'executen com un xip. El principal inconvenient d'un principi de treball, com - depenent del rendiment de la xarxa. Recordeu que les seves capacitats estan vinculats a la durada del període de subministrament d'energia de freqüència.

Heus aquí com la doble integració d'ADC. El principi de funcionament del dispositiu tot i que és força complex, però proporciona als indicadors de qualitat. En alguns casos, això és simplement indispensable.

Trieu APC nosaltres amb el principi de la necessària

Diguem, ens enfrontem a una tasca específica. Els de triar el dispositiu de manera que pugui satisfer totes les nostres necessitats? En primer lloc, parlarem de la resolució i precisió. Molt sovint es confonen, encara que en la pràctica són molt feblement depenent de la segona. Recordeu que de 12 bits conversió analògica-digital pot ser menys precís que el de 8 bits. En aquest cas, la resolució - és una mesura de la quantitat de segments pot ser assignat a la gamma d'entrada de senyal mesurat. Per tant, 8-bit ADC te 2 ⁸ = 256 tals unitats.

Precisió - és el resultat de conversió total obtingut desviació dels valors ideals, que ha d'estar a una tensió d'entrada donada. És a dir, el primer paràmetre que caracteritza el potencial que té el ADC, i la segona mostra el que tenim a la pràctica. Per tant, podem intensificar i tipus més senzill (per exemple, d'analògic a digital convertidors directes), que es reunirà els requisits per la seva alta precisió.

Per tenir una idea del que es necessita per començar a calcular els paràmetres físics i construir una fórmula matemàtica de la interacció. Importants que són els errors estàtics i dinàmics, ja que en utilitzar els diversos components i principis de construcció del dispositiu que tindran un impacte diferent en el seu rendiment. Més informació detallada es pot trobar a la documentació tècnica oferta pel fabricant de cada dispositiu específic.

exemple

Vegem el SC9711 ADC. El principi de funcionament d'aquest dispositiu és complex per la seva mida i capacitat. Parlant d'aquest últim, cal assenyalar que són veritablement diversa. Així, per exemple, la possible freqüència de funcionament varia de 10 Hz a 10 MHz. En altres paraules, pot fer que 10 milions de mostres per segon! I el dispositiu en si no és una cosa sòlida, i té una construcció modular de l'estructura. Però en general s'utilitza en aplicacions complexes on cal treballar amb un gran nombre de senyals.

conclusió

Com es pot veure, ADCS tenen inherentment diferents principis de funcionament. Això ens permet seleccionar el dispositiu que va a satisfer les necessitats que sorgeixin i així permetre un ús racional dels recursos disponibles.